Projeto Pais com Ciência. Mira com Ciência. Bancada Móvel de Ciências

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1 Projeto Pais com Ciência Mira com Ciência Bancada Móvel de Ciências 1

2 Ficha técnica Título Projeto Pais com Ciência, Mira na Ciência Bancada Móvel de Ciências Edição 1ª edição (novembro, 2013) Editor PmatE, Universidade de Aveiro

3 Índice Introdução... 9 Enquadramento Curricular Atividades de biologia Propostas de atividades para o 3º ciclo do ensino básico Atividade 1 Descobrir o microscópio Resumo da atividade Questão-problema Protocolo Exemplo de registo de observações Algumas conclusões Explicação teórica Manipulação do MOC Iluminação das observações no MOC Focagem das observações no MOC Atividade 2 Descobrir a célula Resumo da atividade Questão-problema Previsões da atividade Protocolo Exemplo de registo de observações Exemplo de registo de observações Algumas conclusões Explicação teórica Atividade 3 Vida numa gota de água Resumo da atividade Questão- problema Previsões da atividade Protocolo Procedimento Exemplo de registo de observações Algumas conclusões Explicação teórica

4 Atividade 4 Osmose Resumo da atividade Questão- problema Previsões da atividade Protocolo Exemplo de registo de observações Algumas conclusões Explicação teórica Atividade 5 Osmose em batatas Resumo da atividade Questão- problema Previsões da atividade Protocolo Exemplo de registo de observações Algumas conclusões Explicação teórica Atividade 6 Osmose em raízes Resumo da atividade Questão- problema Previsões da atividade Protocolo Exemplo de registo de observações Algumas conclusões Explicação teórica Atividade 7 Osmose em células animais Resumo da atividade Questão- problema Previsões da atividade Protocolo Exemplo de registo de observações Algumas conclusões Explicação teórica Atividade 8 Cromatografia de folhas verdes Resumo da atividade Questão - problema Previsões da atividade

5 Protocolo Exemplo de registo de observações Algumas conclusões Explicação teórica Atividade 9 Amido nas folhas Resumo da atividade Questão - problema Previsões da atividade Protocolo Exemplo de registo de observações Algumas conclusões Explicação teórica Atividade 10 Capilaridade Resumo da atividade Questão - problema Previsões da atividade Protocolo Exemplo de registo de observações Algumas conclusões Explicação teórica Propostas de atividades para o 3º ciclo do ensino básico Atividades de física e química Enquadramento curricular F01 Foguetão de esponja Resumo da atividade Questão-problema Protocolo - 1ª parte Protocolo 2ª parte Resultados e conclusão Explicação teórica F02 Tornado num frasco Resumo da atividade Questão-problema Protocolo Explicação teórica e reposta à questão-problema F03(1) Saco de chá flutuante Resumo da atividade

6 Questão - problema Protocolo F03(2) Serpentina Resumo da atividade Questão - problema Explicação teórica das atividades F F04 Marshmallow energético Resumo da atividade Questão - problema Protocolo Explicação teórica F05 propagação do som Resumo da atividade Questão- problema Resposta à questão-problema Explicação teórica F06 forno solar Resumo da atividade Questão-problema Protocolo 1ª parte - CONSTRUÇÃO DO FORNO Construção do suporto do copo ou recipiente Algumas questões Protocolo 2ª parte Conclusão Explicação teórica F07 dispersão da luz num prisma Resumo da atividade Questão-problema Protocolo Algumas conclusões Explicação teórica F08 palha d aço cintilante Resumo da atividade Questão - problema Protocolo

7 Explicação teórica F09 Linhas de campo magnético Resumo da atividade Questão - problema Protocolo Resposta à questão-problema Explicação teórica Q01 Areias movediças Resumo da atividade Questão - problema Explicação teórica Q02 Distinguir misturas homogéneas incolores Resumo da atividade Questão - problema Protocolo Explicação teórica Q03 Torre imiscível Resumo da atividade Questão-problema Protocolo Exemplo de registo de observações Explicação teórica Q04 Flocos de neve Resumo da atividade Questão-problema Protocolo Resposta à questão-problema Explicação teórica Q05 cromatografia de um m&m Resumo da atividade Questão-problema Protocolo Resposta à questão-problema Explicação teórica Q06 Pesca ao gelo Resumo da atividade

8 Questão -problema Protocolo Resposta à questão-problema Explicação teórica Q07 Pasta de dentes de elefante Resumo da atividade Questão-problema Protocolo Explicação teórica Q08 Indicador de couve-roxa Resumo da atividade Questão-problema Protocolo Explicação teórica Q09 Embalagem foguetão Resumo da atividade Questão-problema Protocolo Explicação teórica Q10 Orbitais deliciosas Resumo da atividade Questão-problema Protocolo Explicação teórica

9 Introdução A relevância do ensino experimental no âmbito da educação em ciências tem sido amplamente reconhecida por cientistas, investigadores, professores e outros profissionais ligados à educação. As atividades investigativas e experimentais estimulam o espírito crítico, o gosto pela descoberta, a capacidade de adaptação a novas circunstâncias, a capacidade de formular julgamentos e a tomada de decisões fundamentadas em critérios objetivos e promovendo a partilha de ideias e o debate de conceitos que visam a aquisição de competências específicas nas áreas curriculares abordadas. Assim, o processo de ensinoaprendizagem das ciências deve refletir o processo ativo de construção da ciência, adquando as atividades às capacidades e atitudes que se pretende desenvolver nos alunos. O estudo dos fenómenos da natureza requer uma observação cuidadosa e, muitas vezes, exige o controlo dos seus efeitos para promover a observação dos mesmos. Neste sentido, no documento são apresentadas um conjunto de atividades na esfera das áreas da biologia, física e química tendo como objetivos genéricos: sensibilizar para o papel da experiência na aquisição de conhecimento e como critério da verdade; promover o aperfeiçoamento das competências experimentais dos professores das disciplinas de ciências, tendo em vista a integração destas no processo de ensino-aprendizagem; promover a literacia científica junto das comunidades educativas; desenvolver atitudes de curiosidade, empenho, responsabilidade, respeito pelo outro e de reflexão partilhada e desenvolver capacidades de recolher informação, problematizar, formular e testar hipóteses plausíveis, observar, interpretar e argumentar. Para implementação das atividades, podem ser propostas diferentes metodologias de trabalho no âmbito do ensino das ciências. O trabalho prático (TP), o trabalho laboratorial (TL) e o trabalho experimental (TE) são algumas dessas metodologias. Metodologia de trabalho TP TL Definição O trabalho prático deve ser encarado como um recurso didático à disposição do professor. Nesta prespetiva pode-se considerar TP todas as atividades em que os alunos estejam diretamente implicados. Assim o TP engloba, entre outros, o TL e o TC. O trabalho laboratorial inclui todas as atividades que requerem a utilização de materiais de laboratório, convencionais ou não, e que podem ser realizadas num 9

10 laboratório ou em sala de aula (desde que não exigam condições de segurança especiais). TE O trabalho experimental inclui todas as atividades que envolvem controlo e manipulação de variáveis. Este documento está dividido em três grandes áreas: biologia, física e química. Para cada uma destas áreas são apresentadas um conjunto de atividades que promovem o desenvolvimento e a experimentação de conceitos abordados no 3º ciclo do ensino básico, tendo em conta as diretrizes ministeriais. Assim, o documento apresenta a seguinte estrutura: a) biologia; b) fisíca: - mecânica - termodinâmica - ótica - eletricidade e magnetismo c) química geral. 10

11 Biologia «ciência que tem por objetivo o estudo dos seres vivos sob todas as suas formas, e todos os fenómenos que estão na base do seu desenvolvimento, crescimento, nutrição, reprodução e morte.» 11

12 Enquadramento Curricular Atividades de biologia Propostas de atividades para o 3º ciclo do ensino básico As orientações curriculares para a disciplina de ciências naturais do 3º Ciclo do ensino básico (CEB) sensibilizam o professor para a importância da aprendizagem em diferentes ambientes, contribuindo para o desenvolvimento da literacia científica dos alunos. Além disso, é de salientar a importância dada à aprendizagem diferenciada. A literacia científica é fundamental para o exercício pleno da cidadania, nomeadamente para a formação de cidadãos cientificamente cultos, capazes de participar na sociedade atual de modo ativo e responsável. Um dos objetivos da educação em ciências é também a promoção de situações de aprendizagem com ênfase na resolução de problemas, na interpretação de dados, na formulação de problemas e hipóteses e, também, no planeamento de investigações, na previsão e na avaliação de resultados. Estas atividades contribuirão para o desenvolvimento do pensamento crítico através de estratégias cognitivas diversificadas. A realização de atividades deste tipo conduzem a uma melhor compreensão do que é a ciência (ME-DEB, 2001). Atividade 1 Descobrir o microscópio Resumo da atividade Durante a atividade «Descobrir o microscópio» o aluno deverá ser capaz de reconhecer a importância do microscópio para a descoberta do mundo invisível, bem como proceder ao seu correto manuseamento. Desta forma, os principais conceitos envolvidos nesta atividade são: microscópio, microscópio ótico composto (MOC). No momento anterior à realização da atividade deve ser realizada uma atividade pré-laboratorial, por exemplo, através de um debate no grupo turma, com o objetivo de reconhecer a importância e a necessidade de utilizar o microscópio para observação do mundo vivo. Questão-problema Qual a importância do microscópio ótico composto no estudo do mundo vivo? Protocolo O debate proposto deve ser conduzido pelo professor de modo a dar uma resposta livre à questãoproblema. No entanto, nesta fase não existem respostas incorretas, uma vez que os alunos vão poder confrontar as suas ideias prévias com as observações decorrentes da atividade. 12

13 Material: - MOC - caneta - folha de papel branca - lâmina de vidro - lamela de vidro - pinça - agulha lanceolada - água Procedimento 1. Dar a conhecer aos alunos os constituintes do MOC, bem como as principais regras para o seu correto manuseamento. - utilizar o microscópio para identificar a parte ótica e a parte mecânica, bem como as peças constituintes. - demonstrar algumas regras de manuseamento do MOC. - experimentar a função de cada uma das peças, realizando, por exemplo, os seguintes procedimentos: selecionar a lente objetiva de menor poder de ampliação e demonstrar o modo de funcionamento dos parafusos macrométrico e micrométrico. Permitir a observação dos alunos. 2. Solicitar aos alunos que, em grupo, efetuem os procedimentos seguintes: - cortar um pequeno pedaço de uma folha de papel branca e escrever o número 5 ou a letra S. - montar o fragmento de papel numa lâmina de vidro com uma gota de água, sobrepondo a lamela, com o auxílio de uma pinça e de uma agulha lanceolada. (Colocar a letra sobre uma lâmina de vidro e, com o auxílio de um conta-gotas, deitar uma gota de água sobre a letra. Deixar o papel absorver a água e cobrir com uma lamela. Segurar a lamela, com o auxílio de uma agulha lanceolada, de modo a que ela faça um ângulo de cerca de 45 com a lâmina e deixá-la cair lentamente, para que não fique com bolhas de ar.) 3. Colocar a preparação na platina de modo que o número fique orientado para o observador. 4. Focar a preparação, utilizando a lente objetiva de menor poder de ampliação. 5. Observar a preparação. 6. Repetir os passos anteriores utilizando as letras F e P, respetivamente. Exemplo de registo de observações Solicitar aos alunos o registo das observações, através de um desenho. 13

14 Ampliação da lente ocular: objetiva: Letra observada: Ampliação da lente ocular: objetiva: Letra observada: Ampliação da lente ocular: objetiva: Letra observada: Tabela 1: Registo das observações (exemplo). Por exemplo, no caso da letra F a observação assemelha-se à que está representada na figura 1. Figura 1: Observação da letra F ao MOC. Algumas conclusões - O MOC permite a observação de estruturas não visíveis a olho nu, como as células. Além disso, permite observar os seus constituintes. - A imagem obtida pelo MOC é ampliada, simétrica e invertida. - A ampliação total da observação efetuada (ou poder de ampliação do MOC) é dada pela multiplicação do poder de ampliação da lente ocular pelo poder de ampliação da lente objetiva: Explicação teórica A citologia é o ramo da Biologia que se ocupa do estudo da célula. A maioria das células só é observável com o auxílio do microscópio. Um microscópio ótico utiliza a luz e um conjunto de lentes para ampliar a imagem de um objeto. O microscópio ótico composto (MOC) (cf. figura 2) é formado por dois tipos de componentes: a componente ótica, que fornece a imagem e determina o poder de ampliação do microscópio, e a componente mecânica, que suporta a componente ótica e confere estabilidade ao MOC. 14

15 Figura 2: Microscópio ótico composto (MOC) A componente ótica é formada por: lentes oculares, lentes objetivas, diafragma, condensador e fonte luminosa. A lente ocular é a lente que capta e amplia a imagem dada pela lente objetiva, sendo a lente que se situa mais próxima do olho do observador. A lente objetiva é a lente que se situa mais próxima do material biológico e que amplia a imagem do objeto que se encontra na preparação. Por seu lado, o diafragma é o componente que regula a intensidade da luz que atinge o objeto situado na preparação, enquanto o condensador tem como principal função distribuir a luz de um modo uniforme. Por fim, a fonte luminosa ilumina a preparação, tornando-a visível. A este propósito podem distinguir-se dois tipos de fontes luminosas, a iluminação artificial (obtida com lâmpadas) e a iluminação natural (obtida com o auxílio de espelhos). A componente mecânica é formada por: revólver, pinças, platina, pé ou base, tubo ou canhão, coluna ou braço, parafuso macrométrico e parafuso micrométrico. O revólver é uma peça giratória que suporta as lentes objetivas, sendo possível trocar de lente objetiva por rotação daquele componente. Por seu lado, as pinças situam-se na platina e permitem a fixação da preparação biológica. A platina é o local onde se coloca a preparação a observar, possuindo no seu centro um orifício circular que possibilita a passagem da luz que vai atravessar a preparação biológica, tornando-a visível. O pé ou base é uma estrutura de apoio do microscópio, que assegura a sua estabilidade. O tubo ou canhão é um tubo cilíndrico onde se localizam os sistemas de lentes, estando situada na sua extremidade superior a lente ocular e na sua extremidade inferior o revólver com as lentes objetivas. A coluna ou braço do microscópio serve para o seu transporte e, também, para suportar as restantes peças que o constituem. Por fim, os parafusos macrométrico e micrométrico auxiliam a focagem. O parafuso macrométrico permite mover a platina com movimentos rápidos de grande amplitude, para focar a imagem. Por seu lado, o parafuso micrométrico permite mover a platina com movimentos de pequena amplitude, completando a focagem. O parafuso micrométrico permite, ainda, explorar a profundidade de campo do microscópio, medição que é indispensável quando se pretende determinar o volume das células que se está a observar. A utilização do MOC requer a adoção de medidas específicas. 15

16 Manipulação do MOC - o transporte do MOC é efetuado com as duas mãos, uma delas sob a base ou pé e a outra segurando no braço; - o MOC é colocado na mesa afastado das suas margens; - antes de utilizar o MOC verificar sempre que se encontra selecionada a lente objetiva de menor poder de ampliação; - quando são efetuadas preparações temporárias com água como meio de montagem, o MOC não deve ser inclinado, para não se molhar; - as lentes (oculares e objetivas) são limpas com papel absorvente; - após a utilização, o MOC é guardado na caixa respetiva, com a lente objetiva de menor poder de ampliação selecionada e com a platina descida. Iluminação das observações no MOC - antes de iniciar a iluminação, verificar que se encontra selecionada a lente objetiva de menor poder de ampliação; - abrir o diafragma até que o campo do microscópio fique bem iluminado. No caso de o MOC não ter fonte luminosa, orientar o espelho na direção da luz. Com luz natural utiliza-se a face plana do espelho e com luz artificial deve utilizar-se a face côncava do espelho; - observar pela lente ocular e regular a iluminação de modo que o campo visual esteja iluminado de modo uniforme. Focagem das observações no MOC - antes de iniciar a focagem, verificar que se encontra selecionada a lente objetiva de menor poder de ampliação; - colocar a preparação sobre a platina, fixando-a com as pinças; - com o auxílio do parafuso macrométrico, mover a platina lentamente até observar uma imagem; - aperfeiçoar a focagem com o auxílio do parafuso micrométrico, até que a imagem se torne nítida; - se for necessário pode regular o diafragma; Para obter imagens mais ampliadas rodar o revólver, de modo a utilizar as lentes objetivas de maior poder de ampliação. Neste caso, utilizar apenas o parafuso micrométrico para corrigir a focagem. A lente objetiva forma uma imagem real, invertida e ampliada. Por seu lado, a lente ocular amplia, não a imagem real, mas uma imagem intermédia formada pela lente objetiva, formando uma imagem virtual e 16

17 ampliada. Uma vez que a imagem final é invertida, deve-se movimentar a preparação sempre no sentido contrário àquele que se pretende movimentar a imagem. A imagem final obtida, relativamente ao objeto inicial, é uma imagem ampliada (primeiro pela lente objetiva e depois pela lente ocular), invertida e virtual. Cada lente apresenta no seu exterior uma inscrição do seu poder de ampliação. Por exemplo, as lentes oculares podem aumentar 5x, 10x, 15x e as lentes objetivas podem aumentar 10x, 20x, 40x. A ampliação total de uma observação é dada pelo produto do poder de ampliação da lente ocular pelo poder de ampliação da lente objetiva. Assim, se usar uma lente objetiva com poder de ampliação de 40 vezes e uma lente ocular com poder de ampliação de 10 vezes, a ampliação total da imagem será de 10 x 40 = 400x (400 vezes). Este valor significa que a imagem observada no microscópio está 400 vezes maior que o objeto. Atividade 2 Descobrir a célula Resumo da atividade Nesta atividade, a observação de células diversificadas contribui para melhorar a compreensão de conceitos relativos à diversidade e unidade dos seres vivos. Assim, pretende-se que os alunos adquiram noções básicas sobre a estrutura e a organização celular, reconhecendo os constituintes, a forma e as dimensões das células, bem como a sua importância no mundo vivo. O aluno deverá ser, ainda, capaz de reconhecer a importância do microscópio no estudo da célula. Desta forma, os principais conceitos envolvidos nesta atividade são: célula, célula eucariótica, célula eucariótica animal, célula eucariótica vegetal, núcleo, citoplasma, membrana celular. Tendo por base a questão-problema, o professor deverá alargar o debate ao grupo turma, sendo que no final os alunos registam os resultados desse debate. Após a realização da atividade os alunos deverão registar as principais conclusões a que chegaram. Questão-problema De que modo o funcionamento do microscópio ótico composto (MOC) permite o estudo das células eucarióticas? Previsões da atividade O principal objetivo desta atividade é reconhecer os principais constituintes das células eucarióticas, procedendo à distinção entre células eucarióticas animais e vegetais, com o auxílio do microscópio ótico composto (MOC), através da realização de preparações temporárias e da observação de células da epiderme 17

18 da cebola e do sangue de aves. Durante o debate, o professor deverá conduzir os alunos a uma reflexão sobre a constituição celular. De seguida, os alunos registam o que esperam observar, preenchendo uma tabela semelhante à apresentada. Estrutura celular Célula eucariótica vegetal Célula eucariótica animal Núcleo Citoplasma Membrana celular Vacúolos Tabela 2: Exemplo de tabela para registo das previsões. Protocolo Esta experiência pode ser subdividida em dois momentos: (a) observação das células eucarióticas vegetais e (b) observação de células eucarióticas animais. (a) Material - MOC - lâminas de vidro - lamelas de vidro - material de dissecção (agulha, bisturi, pinça e tesoura) - vidro de relógio - água destilada (conta-gotas ou garrafa de esguicho) - papel de filtro - carmim acético - solução de vermelho neutro - soluto de Lugol - bolbo de cebola Procedimento 1.Colocar umas gotas de água destilada no vidro do relógio. 2.Com a pinça, retirar um fragmento de epiderme da face côncava de uma escama carnuda do bolbo da cebola. Exemplificar como se retira, por exemplo, um pequeno quadrado da epiderme. 3.Colocar o fragmento no vidro de relógio. 18

19 4.Fazer a preparação microscópica usando como meio de montagem o carmim acético. 5.Observar a preparação ao MOC, nas várias ampliações. 6.Fazer um esquema legendado, das observações efetuadas com a lente objetiva de 40x. 7.Repetir os passos 4, 5 e 6 usando como meios de montagem as soluções de vermelho neutro e de Lugol. Exemplo de registo de observações Solicitar aos alunos o registo das observações (ponto 6 do procedimento experimental), através de um desenho. Podem ser utilizadas, como exemplo as tabelas que se seguem: Meio de montagem: carmim acético Ampliação da lente ocular: (registar o poder de ampliação da lente ocular) Ampliação da lente objetiva: (registar o poder de ampliação da lente objetiva) Estruturas celulares coradas: núcleo Tabela 3: Registo das observações: exemplo. Meio de montagem: vermelho neutro Ampliação da lente ocular: (registar o poder de ampliação da lente ocular) Ampliação da lente objetiva: (registar o poder de ampliação da lente objetiva) Estruturas celulares coradas: vacúolos Tabela4: Registo das observações: exemplo. 19

20 Meio de montagem: soluto de Lugol Ampliação da lente ocular: (registar o poder de ampliação da lente ocular) Ampliação da lente objetiva: (registar o poder de ampliação da lente objetiva) Estruturas celulares coradas: núcleo e parede celular Tabela 5: Registo das observações: exemplo. (b) A observação de células eucarióticas animais irá fazer-se com sangue de aves, que é facilmente adquirido num talho. Neste caso, irão aplicar-se as técnicas de esfregaço e de fixação. Material - MOC - lâminas de vidro - lamelas de vidro - pipeta de Pasteur - lamparina - conta-gotas - garrafa de esguicho - papel de filtro - solução de azul-de-metileno - sangue de galinha Procedimento 1.Utilizar o sangue fornecido. 2.Colocar uma pequena gota de sangue sobre uma lâmina. 3.Espalhar o sangue na lâmina, exemplificando aos alunos a técnica do esfregaço. 4.Secar o esfregaço ao ar, com movimentos rápidos da lâmina. Uma secagem lenta levaria a alterações da forma dos glóbulos vermelhos. 5.Fixar o esfregaço pelo calor, passando três vezes a face inferior da lâmina na chama da lamparina. 6.Inundar o esfregaço com a solução de azul-de-metileno. Deixar o corante atuar durante 10 minutos. 7.Remover o corante do esfregaço, colocando a lâmina paralelamente ao fio de água de uma garrafa de esguicho. 20

21 8.Retirar cuidadosamente o excesso de água com papel de filtro. 9.Secar ao ar a zona do esfregaço. 10.Colocar a lâmina no microscópio e, sem usar lamela, observar nas várias ampliações. Fazer um esquema legendado das observações efetuadas com a lente objetiva de 40x. Exemplo de registo de observações Solicitar aos alunos o registo das observações (ponto 10 do procedimento experimental). Usar como exemplo a tabela 6, seguidamente apresentada. Ampliação da lente ocular: (registar o poder de ampliação da lente ocular) Ampliação da lente objetiva: (registar o poder de ampliação da lente objetiva) Estruturas celulares coradas: núcleo Tabela 6: Registo das observações: exemplo. Algumas conclusões - Na observação realizada com a solução de vermelho neutro as estruturas celulares que ficam coradas são os vacúolos; no caso de se usar o soluto de Lugol as estruturas celulares que ficam coradas são o núcleo e a parede celular; por fim, quando se utiliza o carmim acético como meio de montagem ficam corados os núcleos das células. - As células eucarióticas vegetais apresentam grandes vacúolos e parede celular. - As células eucarióticas animais observadas caracterizam-se pela ausência de parede celular. Estas células apresentam núcleo, à exceção das hemácias, e forma arredondada. - As células eucarióticas animais não apresentam parede celular e os vacúolos, quando estão presentes, são de pequenas dimensões. Por seu lado, as células eucarióticas vegetais apresentam parede celular. - Todas as células observadas são constituídas por núcleo, citoplasma e membrana celular. - As células eucarióticas diferem entre si pelos seus componentes. Assim, numa célula eucariótica vegetal existem parede celular, cloroplastos e grandes vacúolos, o que não acontece nas células eucarióticas animais. 21

22 NOTA: A presença de vacúolos na célula eucariótica animal foi propositadamente deixado em branco, o que se deve a estes organelos poderem existir em células eucarióticas animais, embora neste caso sejam de reduzidas dimensões. Explicação teórica A citologia é o ramo da Biologia que se ocupa do estudo da célula. A teoria celular, formulada por Schleiden e Schwann, estipula que todos os organismos vivos são constituídos por células, sendo esta a unidade estrutural e funcional de todos os seres vivos. A célula é, ainda, a unidade genética dos seres vivos, sendo que cada célula resulta de outras células pré-existentes. A maioria das células só é observável com o auxílio do microscópio. Quanto ao tipo de célula é possível distinguir células procarióticas de células eucarióticas. As células eucarióticas caracterizam-se pela existência de uma membrana a compartimentar o núcleo, estando o material genético compartimentado pela membrana nuclear. Nesta atividade estudaram-se os tipos de células eucarióticas (animais e vegetais). Este tipo de células existe nas plantas, nos animais e nos fungos. Os constituintes celulares comuns a todas as células eucarióticas são o núcleo, a membrana celular e o citoplasma. O núcleo é uma estrutura celular delimitada pela membrana nuclear, que separa o material genético do citoplasma. Esta estrutura celular tem como principal função controlar toda a atividade celular. A membrana celular é a membrana externa da célula, que envolve o citoplasma e que separa a célula do meio extracelular, permitindo, também, a troca de substâncias entre a célula e o meio exterior. O interior das células é preenchido por um fluido geralmente transparente e gelatinoso, onde se encontram os organelos celulares. Este fluido intracelular constitui o citoplasma. No entanto, as células eucarióticas não são todas iguais, existindo células com parede celular e cloroplastos, estruturas celulares que não existem noutras células. As células que apresentam estes organelos celulares são as células eucarióticas vegetais e as que não os apresentam são as células eucarióticas animais. A parede celular é uma estrutura que se situa exteriormente à membrana celular e que confere rigidez à célula, permitindo-lhe manter a sua forma. Os cloroplastos contêm pigmentos fotossintéticos, sendo responsáveis pela realização da fotossíntese. Na célula eucariótica vegetal existem, também, vacúolos de grandes dimensões. Embora os vacúolos sejam uma estrutura que também pode existir nas células eucarióticas animais, nas células eucarióticas vegetais apresentam grandes dimensões e nas células eucarióticas animais aqueles organelos apresentam dimensões reduzidas. Os vacúolos armazenam água e outras substâncias. 22

23 Atividade 3 Vida numa gota de água Resumo da atividade Na atividade «Vida numa gota de água», a observação de células diversificadas contribui para melhorar a compreensão de conceitos relativos à diversidade e unidade dos seres vivos. Durante esta atividade, os alunos observarão a diversidade de organismos que constitui uma infusão, principalmente protozoários. Assim, espera-se que os alunos observem organismos do reino Protista, sendo a sua maioria formada por uma única célula. Desta forma, poderá ser evidenciado o contraste com o material biológico estudado na atividade anterior. Por outro lado, com esta atividade os alunos adquirem e/ou aprofundam noções básicas sobre estrutura e organização celulares, reconhecendo constituintes, formas, dimensões e a sua importância no mundo vivo. Para a execução desta atividade, o professor terá de, uma semana antes da realização da mesma, preparar a infusão biológica. Os principais conceitos envolvidos nesta atividade são: célula, célula eucariótica, ser vivo unicelular, protozoário, reino Protista, infusão biológica. Tendo por base a questão-problema, o professor deve alargar o debate ao grupo turma, sendo que no final os alunos registam os resultados desse debate. O professor deverá fazer o levantamento das conceções dos alunos acerca da possibilidade de existência de seres vivos numa gota de água, por exemplo, de um charco. É importante relembrar os alunos acerca de uma das regras de segurança do trabalho no laboratório, nomeadamente, não ingerir qualquer substância. A infusão que irá ser objeto de estudo desta atividade poderá, em alguns casos, conter microrganismos perigosos. Após a realização da atividade os alunos deverão registar as principais conclusões. Questão- problema Quais os seres vivos que existem numa gota de água? Previsões da atividade O aluno deverá prever, por exemplo, que existem seres vivos microscópicos e unicelulares numa gota de água. Protocolo Material - MOC - lâminas de vidro - lamelas de vidro 23

24 - agulha lanceolada - pipeta de Pasteur - infusão biológica Procedimento 1.Exemplificar como se obtém uma amostra da película superficial da infusão biológica, com o auxílio de uma pipeta de Pasteur. 2.Colocar uma gota da infusão biológica numa lâmina de vidro. 3.Cobrir com uma lamela de vidro, com o auxílio de uma agulha lanceolada. 4.Observar ao MOC - os seres vivos que se deslocam são difíceis de observar porque, devido às dimensões do campo do MOC, deixam de se ver rapidamente. Pode diminuir-lhes a atividade, juntando à preparação algumas fibras de algodão. 5.Registar as observações efetuadas. Identificar alguns dos seres vivos observados, com o auxílio da figura 3. Figura 3: Seres vivos de uma infusão (Leal et al., 1995). Exemplo de registo de observações Solicitar aos alunos o registo das observações, através de um desenho (cf. tabela 7). A figura 3 apresenta alguns exemplos de seres vivos que poderão ser observados pelos alunos. Com o auxílio da imagem e, por exemplo, de pesquisas na Internet, os alunos podem identificar alguns dos seres vivos observados. 24

25 Ampliação da lente ocular: (registar o poder de ampliação da lente ocular) Ampliação da lente objetiva: (registar o poder de ampliação da lente objetiva) Ser vivo observado: Tabela 7: Registo das observações: exemplo. Algumas conclusões - Quanto à mobilidade, alguns dos seres vivos observados possuem estruturas celulares específicas para os movimentos, como os cílios e os flagelos. Outros seres vivos, como a amiba, deslocam-se por pseudópodes. - Quanto à forma, a resposta a esta questão depende dos seres vivos observados. - A maioria dos seres vivos observados são unicelulares, ou seja, são constituídos por uma única célula. Os alunos poderão observar algumas algas coloniais. - A utilização da água da rede pública não é aconselhável, uma vez que esta apresenta concentrações de cloro que impedem o crescimento das comunidades bióticas. Explicação teórica A célula é a unidade básica de todos os seres vivos, constituindo a unidade funcional e estrutural de todos os organismos vivos. Os organismos formados por uma única célula designam-se unicelulares (bactérias e protozoários) enquanto aqueles que são formados por duas ou mais células denominam-se pluricelulares (animais, plantas e fungos). Na água existe uma grande diversidade de seres vivos de reduzidas dimensões, não visíveis a olho nu. Estes seres vivos são, na sua maioria, eucariontes unicelulares, sendo que a sua célula constituinte é altamente especializada, uma vez que tem de realizar todas as funções vitais. Neste ambiente é possível, ainda, encontrar seres vivos coloniais como Volvox. O reino Protista inclui milhares de espécies que habitam águas doces ou salgadas e que se reproduzem com facilidade no meio em que habitam. Existem mais de espécies de protozoários que habitam na água, no solo e no interior de outros organismos. Os seres vivos observados nesta atividade, na sua maioria protozoários, apesar da diversidade de formas constituem, na realidade, uma célula muito especializada, constituída por dois constituintes fundamentais: o citoplasma e o núcleo. Alguns destes seres vivos possuem, ainda, mobilidade conferida por estruturas 25

26 celulares especializadas, como cílios (filamentos curtos, em grande número, que se movimentam em conjunto e cujo batimento produz uma corrente que facilita a locomoção no meio aquático) e um ou mais flagelos (filamentos longos dotados de movimento ondulatório, permitindo a deslocação em meio aquático). Outros seres vivos, como a amiba, movimentam-se por pseudópodes (expansões citoplasmáticas que a célula emite para se movimentar e captar alimentos). Existem, também, seres vivos, como a paramécia, que possuem vacúolos contrácteis, que são organelos celulares com função de efetuar o controlo osmótico da célula. Atividade 4 Osmose Resumo da atividade A atividade designada «Osmose» pretende que os alunos analisem a passagem de água através de uma membrana semipermeável, neste caso, a membrana celular. Durante esta atividade, o aluno irá observar diferenças em células vegetais colocadas em meios de montagem de diferentes concentrações. No final, o aluno deverá ser capaz de concluir que o fenómeno de osmose se refere ao movimento da água do meio menos concentrado em soluto para o meio mais concentrado em soluto. Os principais conceitos envolvidos nesta atividade são: célula vegetal, osmose, membrana celular, vacúolo. A atividade «Osmose» é formada por uma questão-problema, pelas previsões e pelas constatações decorrentes da atividade realizada. Tendo por base a questão-problema, o professor deve alargar o debate ao grupo turma, sendo que no final os alunos registam os resultados desse debate. Antes da realização da atividade é necessário preparar as soluções de cloreto de sódio. Para preparar a solução de cloreto de sódio a 9% deve dissolver 9 gramas de cloreto de sódio (vulgar sal de cozinha) por cada 100 ml de água. Para preparar a solução de cloreto de sódio a 20% deve dissolver 20 gramas de cloreto de sódio (vulgar sal de cozinha) por cada 100 ml de água. Questão- problema Como se comportam as células vegetais quando são colocadas em meios com diferentes concentrações? Previsões da atividade O principal objetivo desta atividade é estudar a influência de diferentes concentrações do meio exterior no comportamento das células vegetais. 26

27 Tendo por base a questão-problema, o professor deve alargar o debate ao grupo turma. Durante este debate o professor deve conduzir os alunos a refletirem sobre a ocorrência de movimentos de água através da membrana celular, do meio menos concentrado em soluto para o meio mais concentrado. O professor pode introduzir a atividade, de modo a que os alunos preencham uma tabela semelhante à seguinte com as suas previsões (cf. tabela 8). Meio de montagem Movimento de água (para o exterior ou para o interior da célula) Água destilada Cloreto de sódio a 20% Cloreto de sódio a 9% Tabela 8: Exemplo de tabela para registos das previsões dos aluno. Protocolo Material - MOC - lâminas de vidro - lamelas de vidro - material de dissecção (bisturi, tesoura, pinça, agulha) - papel de limpeza - água destilada - etiquetas - solução de cloreto de sódio a 9% - solução de cloreto de sódio a 20% - material fresco para observação: flores vermelhas de rosa Procedimento 1. Utilizando a pinça, destacar três fragmentos da epiderme da página superior dos órgãos que selecionar. 2. Colocar um dos fragmentos numa gota de água destilada, entre lâmina e lamela. Marcar a lâmina com a letra A. 3.Colocar outro fragmento entre lâmina e lamela numa gota de solução de cloreto de sódio a 20%. Marcar a lâmina com a letra B. 4. Colocar outro fragmento entre lâmina e lamela numa gota de solução de cloreto de sódio a 9%. Marcar a lâmina com a letra C. 27

28 5. Observar as três preparações ao MOC e esquematizar as observações. 6. Colocar uma ou duas gotas de água destilada sobre a lâmina B, junto a um dos bordos da lamela. Do lado do bordo oposto, com papel de filtro, absorver o líquido de montagem. Deste modo substituirá a solução de cloreto de sódio por água. 7. Colocar uma ou duas gotas de cloreto de sódio a 20% sobre a lâmina A, junto a um dos bordos da lamela. 8. Do lado do bordo oposto, com papel de filtro, absorver o líquido de montagem. Deste modo substituirá a água destilada por solução de cloreto de sódio. 9. Observar e registar as alterações que se observam. Exemplo de registo de observações Solicitar aos alunos o registo das observações, através de um desenho. Pode-se usar como exemplo as seguintes tabelas. Meio de montagem: água destilada Ampliação da lente ocular: (registar o poder de ampliação da lente ocular) Ampliação da lente objetiva: (registar o poder de ampliação da lente objetiva) O que observo: o vacúolo ocupa todo o volume da célula fazendo com que o núcleo seja pressionado contra a parede celular Tabela 8: Registo das observações: exemplo. Meio de montagem: solução de cloreto de sódio a 20% Ampliação da lente ocular: (registar o poder de ampliação da lente ocular) Ampliação da lente objetiva: (registar o poder de ampliação da lente objetiva) O que observo: o vacúolo diminui de volume Tabela 9: Registo das observações: exemplo. 28

29 Meio de montagem: solução de cloreto de sódio a 9% Ampliação da lente ocular: (registar o poder de ampliação da lente ocular) Ampliação da lente objetiva: (registar o poder de ampliação da lente objetiva) O que observo: o vacúolo ocupa quase todo o volume da célula, mas o conteúdo celular não exerce pressão sobre a parede celular Tabela 10: Registo das observações: exemplo. Algumas conclusões - Em A o vacúolo ocupa todo o volume da célula, fazendo com que o núcleo seja pressionado contra a parede celular. Isto deve-se ao facto de haver entrada de água do exterior para dentro do vacúolo da célula. Desta forma, os pigmentos presentes no vacúolo dispersam-se apresentando a célula uma tonalidade mais clara. - Na situação B o vacúolo diminui de volume indicando que houve saída de água do vacúolo da célula para o exterior da célula. Desta forma, os pigmentos presentes no vacúolo ficam mais concentrados sendo evidente a coloração da célula mais intensa. - Em C o vacúolo ocupa praticamente todo o volume da célula. No entanto, o conteúdo celular não exerce pressão sobre a parede celular, como acontece na situação A. - Quando o cloreto de sódio é substituído por água, a concentração de sais diminui. Deste modo, a água movimenta-se para o interior do vacúolo da célula e, desta forma, aumenta o seu volume, passando o vacúolo a ocupar praticamente todo o volume da célula. Por seu lado, quando a água destilada é substituída pela solução de cloreto de sódio, a concentração de sais aumenta. A água sai do vacúolo e este diminui de volume, passando a ocupar um pequeno volume da célula. Explicação teórica Os sistemas biológicos são altamente organizados, mantendo-se num estado especial de não equilíbrio com o seu meio externo, estando o meio intracelular em contraste com o meio extracelular. Este estado especial designa-se steady-state e caracteriza-se por a velocidade de transferência de matéria e energia para o interior do sistema ser igual à velocidade de transferência de matéria e energia para o exterior do sistema. Devido à existência de mecanismos de regulação eficazes, a manutenção do steady-state implica sempre 29

30 trocas de substâncias entre os sistemas e o seu meio exterior. A nível celular e molecular, estas trocas estão relacionadas com processos de difusão, osmose e transporte ativo. A membrana celular separa o meio intracelular do meio extracelular e permite a passagem de substâncias em ambos os sentidos, passagem essa que difere de substância para substância, podendo por isso afirmar-se que a membrana celular apresenta permeabilidade seletiva. O modo como cada substância atravessa a membrana plasmática depende da sua dimensão, da afinidade dos lípidos, do estado de ionização e da permeabilidade apresentada pela membrana a essa substância. Existem, assim, diferentes tipos de transportes transmembranares: Transportes Não Mediados Difusão Simples (por exemplo, osmose) Transportes Mediados Por exemplo, a difusão facilitada As células das pétalas das plantas apresentam geralmente um vacúolo de grandes dimensões que contém pigmentos dissolvidos em água, conferindo a cor característica às pétalas. Quando as células das pétalas são colocadas em água destilada, a água entra para o vacúolo, aumentando este de volume, o que se reflete na compressão do citoplasma e do núcleo contra a parede celular. Neste caso a célula ficou túrgida, apresentando uma cor mais clara, devido à menor concentração dos pigmentos. No entanto, quando as células das pétalas são colocadas numa solução concentrada de cloreto de sódio a água movimenta-se do vacúolo para o exterior da célula, fazendo com que o volume diminua de volume. A cor fica, consequentemente, mais intensa e o citoplasma desprende-se parcialmente da parede celular. Neste caso a célula ficou plasmolisada. A osmose refere-se à passagem de água através de membranas seletivamente permeáveis, sendo explicada por diferenças de concentração de soluto nos dois meios. Este processo não envolve mobilização de energia e o fluxo de água é dado sempre do meio com menor concentração em soluto (hipotónico) para o meio com maior concentração em soluto (hipertónico). Quando a concentração do soluto é igual nos dois meios, eles dizem-se isotónicos e o fluxo de água é igual nos dois sentidos. Atividade 5 Osmose em batatas Resumo da atividade A atividade designada «Osmose em batatas» pretende que os alunos analisem e comparem a mobilidade da água em meios de diferentes concentrações. Durante esta atividade, o aluno irá observar diferenças em material vegetal colocado em meios de montagem de diferentes concentrações. No final, o aluno deverá ser capaz de concluir que o fenómeno de osmose se refere ao movimento da água do meio menos concentrado 30

31 em soluto para o meio mais concentrado em soluto. Os principais conceitos envolvidos nesta atividade são: célula vegetal, osmose, meio hipertónico, meio hipotónico, meio isotónico. A atividade «Osmose em batatas» é formada por uma questão-problema, pelas previsões e pelas constatações decorrentes da atividade realizada. Tendo por base a questão-problema, o professor deve alargar o debate ao grupo turma, sendo que no final os alunos registam os resultados desse debate, refletindo sobre a ocorrência de movimentos de água, do meio menos concentrado em soluto para o meio mais concentrado. Antes da realização da atividade é necessário preparar as soluções de cloreto de sódio. Para preparar a solução de cloreto de sódio a 0,9 % deve dissolver 0,9 gramas de cloreto de sódio (vulgar sal de cozinha) por cada 100 ml de água. Para preparar a solução de cloreto de sódio a 20 % deve dissolver 20 gramas de cloreto de sódio (vulgar sal de cozinha) por cada 100 ml de água. Questão- problema Como se comportam cilindros de batata quando são colocadas em meios com diferentes concentrações? Previsões da atividade O professor pode introduzir a atividade, de modo a que os alunos preencham uma tabela semelhante à seguinte com as suas previsões. Meio de montagem Comprimento do cilindro de batata (maior, menor, igual) Água destilada Cloreto de sódio a 20% Cloreto de sódio a 0,9% Tabela 11: Tabela exemplificativa para registos das previsões da atividade. Protocolo Material - furador de rolhas - régua - etiquetas - pinça - papel absorvente - caixas de Petri - água destilada 31

32 - solução de cloreto de sódio a 0,9% - solução de cloreto de sódio a 20% - material fresco para observação: batatas Procedimento 1.Com o auxílio do furador de rolhas, cortar 3 cilindros de batata exatamente com o mesmo comprimento (por exemplo, 7 centímetros). 2.Colocar um dos cilindros de batata numa caixa de Petri e cobrir com água destilada. Marcar com a letra A. 3.Colocar outro cilindro de batata numa caixa de Petri e cobrir com solução de cloreto de sódio a 0,9%. Marcar com a letra B. 4.Colocar o restante cilindro de batata numa caixa de Petri e cobrir com solução de cloreto de sódio a 20%. 5.Marcar com a letra C. 6.Deixar em repouso durante 1 hora. 7.Usando as pinças, remover cuidadosamente, os cilindros de batata dos recipientes e colocá-los em diferentes pedaços de papel absorvente. 8.Medir, o mais corretamente possível, o comprimento dos cilindros, em centímetros, com uma régua. Exemplo de registo de observações Solicitar aos alunos o registo das observações, através da seguinte tabela. Meio extracelular Início Comprimento da batata (em cm) Final A 7 cm Igual ao inicial B 7 cm Maior que o inicial C 7 cm Menor que o inicial Tabela 12: Tabela exemplificativa para registo das observações. Algumas conclusões - Para a finalização desta atividade é necessário esperar uma hora, uma vez que com o passar do tempo o movimento da água (para o interior da batata ou para o seu exterior) decorre de acordo com o gradiente de concentração do soluto. A perda ou o ganho de água provoca a diminuição ou o aumento do tamanho dos cilindros de batata. 32

33 - Na situação A, o cilindro de batata foi mergulhado em água destilada, verificando-se que o seu comprimento é igual ao comprimento inicial, devido a este meio ser isotónico. Por seu lado, na situação B, o cilindro de batata foi mergulhado numa solução de cloreto de sódio a 0,9%, verificando-se que o cilindro aumentou ligeiramente de tamanho (cerca de 0,1 cm). Isto acontece devido a este ser um meio hipotónico, ocorrendo a turgescência celular. Por fim, na situação C o cilindro de batata foi colocado numa solução de cloreto de sódio a 20%, diminuindo cerca de 0,3 cm de comprimento, devido a este um meio hipertónico, ocorrendo a plasmólise celular. Explicação teórica Os sistemas biológicos são altamente organizados, mantendo-se num estado especial de não equilíbrio com o seu meio externo, estando o meio intracelular em contraste com o meio extracelular. Este estado especial designa-se steady-state e caracteriza-se por a velocidade de transferência de matéria e energia para o interior do sistema ser igual à velocidade de transferência de matéria e energia para o exterior do sistema. Devido à existência de mecanismos de regulação eficazes, a manutenção do steady-state implica sempre trocas de substâncias entre os sistemas e o seu meio exterior. A nível celular e molecular, estas trocas estão relacionadas com processos de difusão, osmose e transporte ativo. A membrana celular separa o meio intracelular do meio extracelular e permite a passagem de substâncias em ambos os sentidos, passagem essa que difere de substância para substância, podendo por isso afirmar-se que a membrana celular apresenta permeabilidade seletiva. O modo como cada substância atravessa a membrana plasmática depende da sua dimensão, da afinidade dos lípidos, do estado de ionização e da permeabilidade apresentada pela membrana a essa substância. Existem, assim, diferentes tipos de transportes transmembranares: Transportes Não Mediados Difusão Simples (por exemplo, osmose) Transportes Mediados Por exemplo, a difusão facilitada Nesta experiência é possível verificar que a água atravessou as membranas celulares semipermeáveis das células da batata, movimentando-se no sentido do meio mais concentrado. Assim, na situação B (solução de cloreto de sódio a 0,9%) a batata absorveu água, porque o meio extracelular é menos concentrado, enquanto na situação C (cloreto de sódio a 20%) perdeu água, porque o meio extracelular é mais concentrado. Estes processos ocorrem por osmose. A osmose refere-se à passagem de água através de membranas seletivamente permeáveis, sendo explicada por diferenças de concentração de soluto nos dois meios. Este processo não envolve mobilização de energia e o fluxo de água é dado sempre do meio com menor concentração em soluto (hipotónico) para o meio com maior concentração em soluto (hipertónico). Quando a concentração do soluto é igual nos dois meios, eles dizem-se isotónicos e o fluxo de água é igual nos dois sentidos. 33

34 Atividade 6 Osmose em raízes Resumo da atividade A atividade designada «Osmose em raízes» pretende que os alunos analisem o processo de osmose, através da simulação do fenómeno de absorção de água pelas plantas através das suas raízes. No final, o aluno será capaz de concluir que o fenómeno de osmose se refere ao movimento da água do meio menos concentrado em soluto para o meio mais concentrado em soluto. Os principais conceitos envolvidos nesta atividade são: célula vegetal, osmose, meio hipertónico, meio hipotónico, meio isotónico. A atividade «Osmose em raízes» é formada por uma questão-problema, pelas previsões e pelas constatações decorrentes da atividade realizada. Tendo por base a questão-problema, o professor deve alargar o debate ao grupo turma, sendo que no final os alunos registam os resultados desse debate. Após a realização da atividade os alunos deverão registar as principais conclusões a que chegaram. Questão- problema Como ocorre a absorção de água numa raiz? Previsões da atividade O que vai acontecer à raiz da cenoura (perde ou ganha água ) Sacarose a 25% Tabela 13: Exemplo de tabela para registo das previsões dos alunos. Protocolo Material - furador de rolhas - tubo de vidro estreito (1 a 2 mm de diâmetro interno) - gobelé de 500 ml - caneta de acetato - régua - água - solução de sacarose a 25% 34

35 - material fresco para observação: cenoura Procedimento 1.Com o auxílio do furador de rolhas, fazer uma cavidade numa raiz de cenoura. 2.Encher a cavidade com uma solução de sacarose a 25%. 3.Introduzir o tubo estreito de vidro na cavidade da cenoura, de modo que a fique bem vedado. 4.Colocar a cenoura no gobelé (previamente cheio de água) de modo que o tubo de vidro fique na vertical. 5.Marcar o nível inicial da solução no tubo. 6.Observar o nível no tubo ao fim de 30 minutos, durante cerca de duas horas, com o auxílio de uma régua. 7.No final deste procedimento deve obter, aproximadamente, a seguinte situação (cf. figura 4). Figura 4: Montagem experimental (Leal et al., 1995). Exemplo de registo de observações Solicitar aos alunos o registo das observações, através da seguinte tabela. Tempo (minutos) Nível da água no tubo (em cm) Tabela14: Registo das observações (exemplo de tabela a disponibilizar aos alunos). Algumas conclusões - Numa situação normal de passagem de água do solo para o interior de uma raiz, indica qual dos meios é hipertónico e qual é hipotónico. 35

36 - Numa situação de passagem de água do solo para o interior de uma raiz, o solo é o meio hipotónico e a raiz é o meio hipertónico. - A elevação do nível da água no tubo de vidro comprova a semelhança do procedimento com o processo de absorção de água pelas plantas. Neste caso, a cenoura funciona como uma membrana semipermeável em que há passagem da água para o seu interior e deste para o tubo estreito de vidro. Explicação teórica Os sistemas biológicos são altamente organizados, mantendo-se num estado especial de não equilíbrio com o seu meio externo, estando o meio intracelular em contraste com o meio extracelular. Este estado especial designa-se steady-state e caracteriza-se por a velocidade de transferência de matéria e energia para o interior do sistema ser igual à velocidade de transferência de matéria e energia para o exterior do sistema. Devido à existência de mecanismos de regulação eficazes, a manutenção do steady-state implica sempre trocas de substâncias entre os sistemas e o seu meio exterior. A nível celular e molecular, estas trocas estão relacionadas com processos de difusão, osmose e transporte ativo. A membrana celular separa o meio intracelular do meio extracelular e permite a passagem de substâncias em ambos os sentidos, passagem essa que difere de substância para substância, podendo por isso afirmar-se que a membrana celular apresenta permeabilidade seletiva. O modo como cada substância atravessa a membrana plasmática depende da sua dimensão, da afinidade dos lípidos, do estado de ionização e da permeabilidade apresentada pela membrana a essa substância. Existem, assim, diferentes tipos de transportes transmembranares: Transportes Não Mediados Difusão Simples (por exemplo, osmose) Transportes Mediados Por exemplo, a difusão facilitada A osmose nas plantas ocorre porque a solução existente no interior da raiz é mais concentrada do que na terra ao seu redor. Assim, a solução do solo passa para dentro da planta. Nesta experiência, a cenoura funciona como uma membrana semipermeável em que há passagem da água para o seu interior. A osmose refere-se à passagem de água através de membranas seletivamente permeáveis, sendo explicada por diferenças de concentração de soluto nos dois meios. Este processo não envolve mobilização de energia e o fluxo de água é dado sempre do meio com menor concentração em soluto (hipotónico) para o meio com maior concentração em soluto (hipertónico). Quando a concentração do soluto é igual nos dois meios, eles dizem-se isotónicos e o fluxo de água é igual nos dois sentidos. 36

37 Atividade 7 Osmose em células animais Resumo da atividade A atividade designada «Osmose em células animais» pretende que os alunos analisem o processo de osmose em células animais, bem como algumas das suas consequências para o volume celular, incluindo a possível lise celular. No final da atividade, o aluno deverá ser capaz de concluir que o fenómeno de osmose se refere ao movimento da água do meio menos concentrado em soluto para o meio mais concentrado em soluto. Os principais conceitos envolvidos nesta atividade são: célula animal, osmose, meio hipertónico, meio hipotónico, meio isotónico. A atividade «Osmose em células animais» inclui uma questão-problema, as previsões e as constatações decorrentes da atividade realizada. Tendo por base a questão-problema, o professor deve alargar o debate ao grupo turma, sendo que no final os alunos registam os resultados desse debate. Após a realização da atividade os alunos deverão registar as principais conclusões a que chegaram. Antes da realização da atividade é necessário preparar as soluções de cloreto de sódio (vulgar sal de cozinha) a 20%, 9 % e 4%. Para preparar a solução de cloreto de sódio a 20% deve dissolver 20 gramas de cloreto de sódio por cada 100 ml de água; para preparar a solução de cloreto de sódio a 9% deve dissolver 9 gramas de cloreto de sódio por cada 100 ml de água; por fim, para preparar a solução de cloreto de sódio a 4% deve dissolver 4 gramas de cloreto de sódio por cada 100 ml de água. Questão- problema Qual é o efeito da osmose em células animais? Previsões da atividade Meio de montagem Variações de volume das células do sangue Cloreto de sódio a 20% Cloreto de sódio a 9% Cloreto de sódio a 4% Tabela 15: Exemplo de tabela para o registo das previsões da atividade. Protocolo Material - MOC - lâminas de vidro 37

38 - lamelas de vidro - pipeta de Pasteur - solução de cloreto de sódio a 20% - solução de cloreto de sódio a 9% - solução de cloreto de sódio a 4% - material fresco para observação: sangue de aves (obtido facilmente num talho) Procedimento 1.Com o auxílio de uma pipeta de Pasteur colocar uma gota de sangue em três lâminas de vidro. 2.Colocar uma gota da solução de cloreto de sódio a 20% numa lâmina de vidro. Marcar essa lâmina com a letra A. 3.Colocar uma gota da solução de cloreto de sódio a 9 % em outra lâmina de vidro. Marcar essa lâmina com a letra B. 4.Por fim, colocar uma gota da solução de cloreto de sódio a 4 % na terceira lâmina de vidro. Marcar a lâmina com a letra C. 5.Observar ao microscópio. Exemplo de registo de observações Solicitar aos alunos o registo das observações, através do preenchimento das seguintes tabelas. Pode-se utilizar como exemplo as tabelas abaixo apresentadas. Meio de montagem: solução de cloreto de sódio a 20% Ampliação da lente ocular: (registar o poder de ampliação da lente ocular) Ampliação da lente objetiva: (registar o poder de ampliação da lente objetiva) O que observo: a célula perde água Tabela 11: Registo das observações: exemplo. 38

39 Meio de montagem: solução de cloreto de sódio a 9 % Ampliação da lente ocular: (registar o poder de ampliação da lente ocular) Ampliação da lente objetiva: (registar o poder de ampliação da lente objetiva) O que observo: corresponde ao meio isotónico Tabela 12: Registo das observações: exemplo. Meio de montagem: solução de cloreto de sódio a 4 % Ampliação da lente ocular: (registar o poder de ampliação da lente ocular) Ampliação da lente objetiva: (registar o poder de ampliação da lente objetiva) O que observo: a célula aumenta de volume, podendo ocorrer lise celular Tabela 13: Registo das observações: exemplo. Algumas conclusões - Na lâmina de vidro A, o meio extracelular é hipertónico, logo a água vai sair da célula, verificando-se uma diminuição do volume celular. Por seu lado, na lâmina de vidro C o meio extracelular é hipotónico, a água entra na célula podendo, em alguns casos, levar à lise celular, devido ao aumento do volume celular para lá da capacidade elástica da membrana celular. Explicação teórica Os sistemas biológicos são altamente organizados, mantendo-se num estado especial de não equilíbrio com o seu meio externo, estando o meio intracelular em contraste com o meio extracelular. Este estado especial designa-se steady-state e caracteriza-se por a velocidade de transferência de matéria e energia para o interior do sistema ser igual à velocidade de transferência de matéria e energia para o exterior do sistema. Devido à existência de mecanismos de regulação eficazes, a manutenção do steady-state implica sempre trocas de substâncias entre os sistemas e o seu meio exterior. A nível celular e molecular, estas trocas estão relacionadas com processos de difusão, osmose e transporte ativo. A membrana celular separa o meio intracelular do meio extracelular e permite a passagem de substâncias em ambos os sentidos, passagem essa que difere de substância para substância, podendo por isso afirmar-se que a membrana celular apresenta permeabilidade seletiva. O modo como cada substância atravessa a 39

40 membrana plasmática depende da sua dimensão, da afinidade dos lípidos, do estado de ionização e da permeabilidade apresentada pela membrana a essa substância. Existem, assim, diferentes tipos de transportes transmembranares: Transportes Não Mediados Difusão Simples (por exemplo, osmose) Transportes Mediados Por exemplo, a difusão facilitada A osmose refere-se à passagem de água através de membranas seletivamente permeáveis, sendo explicada por diferenças de concentração de soluto nos dois meios. Este processo não envolve mobilização de energia e o fluxo de água é dado sempre do meio com menor concentração em soluto (hipotónico) para o meio com maior concentração em soluto (hipertónico). Quando a concentração do soluto é igual nos dois meios, eles dizem-se isotónicos e o fluxo de água é igual nos dois sentidos. O mecanismo de osmose pode ser analisado com o auxílio das células do sangue. Tal como as restantes células animais, as hemácias não possuem parede celular. Quando são colocadas numa solução muito pouco concentrada (hipotónica), o fluxo contínuo de água para o interior da célula pode conduzir ao aumento do volume celular para lá da capacidade elástica da membrana, acabando por ocorrer lise celular (a própria célula rebenta). Atividade 8 Cromatografia de folhas verdes Resumo da atividade A atividade relativa à cromatografia pretende que os alunos reconheçam a presença de vários pigmentos fotossintéticos nas folhas das plantas. Para tal, numa primeira fase proceder-se-á à obtenção de uma solução de clorofila bruta que será posteriormente sujeita a uma cromatografia em papel. No final da atividade, o aluno será capaz de concluir que as folhas, além de clorofila, possuem outros pigmentos fotossintéticos. Os principais conceitos envolvidos nesta atividade são: folha, pigmentos fotossintéticos, célula vegetal. A atividade «Cromatografia de folhas verdes» é constituida por uma questão-problema, pelas previsões e pelas constatações decorrentes da atividade realizada. Tendo por base a questão-problema, o professor deve alargar o debate ao grupo turma, sendo que no final os alunos registam os resultados desse debate. Durante este debate o professor deve conduzir os alunos a refletirem a diversidade de pigmentos fotossintéticos. O professor pode introduzir a atividade, de modo a que os alunos registem as suas previsões. Questão - problema Por que razão as folhas das plantas são verdes? 40

41 Previsões da atividade Os alunos deverão prever que nas folhas existem pigmentos fotossintéticos, nomeadamente as clorofilas. Nesta fase, não será de esperar que os alunos prevejam a presença dos restantes pigmentos fotossintéticos. Protocolo Material - acetona - almofariz - gunil - gobelé de 100 ml - placa de Petri - vareta de vidro - areia fina - tesoura - papel de filtro - material fresco para observação: folhas de espinafre Procedimento 1.Num almofariz, colocar as folhas de espinafre cortadas, juntamente com um pouco de areia fina. 2.Triturar bem com o auxílio do pilão. 3.Adicionar um pouco de acetona. 4.Agitar com a vareta de vidro. 5.Filtrar o preparado para o gobelé de 100 ml. 6.Colocar o filtrado numa placa de Petri. 7.Introduzir o papel de filtro dobrado no preparado. 8.Aguarde 15 minutos. Exemplo de registo de observações Solicitar aos alunos o registo das observações, através de um desenho. NOTA: Após alguns minutos pode observar-se a existência de, pelo menos, duas cores: verde, que corresponde às clorofilas clorofila a e clorofila b, e uma cor alaranjada, correspondente aos carotenoides. 41

42 Algumas conclusões - A trituração das folhas permite destruir as paredes e as membranas celulares de modo a facilitar a dispersão dos pigmentos fotossintéticos. - A acetona é um solvente orgânico, o que permite a extração dos pigmentos fotossintéticos. -Os resultados obtidos nesta experiência permitem concluir que existem diferentes pigmentos fotossintéticos nas células vegetais. Explicação teórica A fotossíntese é um processo biológico através do qual as plantas, e outros seres fotoautotróficos convertem energia luminosa em energia química e produzem compostos orgânicos (glicose), oxigénio gasoso (O 2 ) e água (H 2 O). Nos cloroplastos das células dos seres vivos que realizam a fotossíntese, como por exemplo os espinafres, existem pigmentos que têm a capacidade de captar a radiação luminosa necessária para a realização da fotossíntese (pigmentos fotossintéticos), como a clorofila. A cromatografia é uma técnica que permite separar misturas de substâncias. Nela há sempre uma fase móvel (etanol ou acetona) e uma fase estacionária (papel de filtro); a mistura de pigmentos distribui-se entre as duas fases de acordo com a sua afinidade química, permitindo separar os seus componentes, porque cada um deles move-se com velocidades diferentes. Quando se introduz o papel filtro na solução de clorofila bruta, o solvente sobe por capilaridade, transportando os pigmentos em função do seu grau de solubilidade no solvente. Esses pigmentos vão ficando depositados no papel de filtro a diferentes níveis por ordem crescente do seu grau de solubilidade. Ao fim de algum tempo conseguem observar-se bandas de diferentes cores que correspondem aos diferentes pigmentos constituintes da clorofila bruta. Atividade 9 Amido nas folhas Resumo da atividade A atividade relativa à deteção de amido nas folhas de plantas pretende que os alunos reconheçam a produção de amido como resultante do processo de fotossíntese, bem como a importância da luz nesse processo. No final da atividade, o aluno deverá ser capaz de concluir que as plantas são capazes de produzir o seu próprio alimento. Os principais conceitos envolvidos nesta atividade são: folha, célula vegetal, fotossíntese, amido. A atividade é composta por uma questão-problema, pelas previsões e pelas constatações decorrentes da atividade realizada. Tendo por base a questão-problema, o professor deve alargar o debate ao grupo turma, sendo que no final os alunos registam os resultados desse debate. Durante este debate o professor deve 42

43 conduzir os alunos a refletirem sobre a fotossíntese e o resultado dos processos fotossintéticos para a planta, nomeadamente a produção de compostos orgânicos. Além disso, será necessário que os alunos reconheçam a importância da luz para a realização da fotossíntese e a consequente produção de compostos orgânicos. O professor pode introduzir a atividade, de modo a que os alunos registem as suas previsões. Para a realização desta atividade é necessário que as plantas sejam colocadas em local escuro durante três dias e, de seguida, cobrir duas folhas totalmente com papel de alumínio e outras duas folhas parcialmente. Após este procedimento, a planta deve ser colocada em local iluminado, pela luz solar, durante dois dias. Só após estes cuidados poderá efetuar esta atividade. Questão - problema Por que razão existe amido em folhas verdes? Previsões da atividade Folha Presença/ausência de amido Totalmente coberta Parcialmente coberta Descoberta Tabela 19: Registo de previsões:exemplo de tabela. Protocolo Material - tina - gobelés de 250 ml - papel de alumínio - placa de aquecimento - placas de Petri - pinça - tesoura - água - álcool a 90% - água iodada - material fresco para observação: planta de sardinheira 43

44 Procedimento 1.Colocar a planta num local escuro durante três dias. 2.Após os três dias, retirar a planta do escuro. Cobrir duas folhas, na sua totalidade, com papel de alumínio e outras duas folhas, parcialmente, com papel de alumínio. 3.Colocar a planta em local iluminado pela luz solar, durante dois dias. 4.Cortar três folhas: uma que esteve completamente tapada; outra que esteve parcialmente tapada; e um terceira que esteve destapada. 5.Ferver num gobelé 200 ml de água e colocar individualmente cada uma das folhas na água a ferver durante 60 segundos. Esta operação evita que as folhas fiquem quebradiças e aumenta a permeabilidade das células à solução de iodo. 6.Preparar um banho-maria numa tina e colocar no seu interior um gobelé com 150 ml de álcool a 90%, aquecendo-o cuidadosamente até à ebulição. 7.Colocar as três folhas individualmente no álcool até que fiquem com uma cor esbranquiçada. 8.Passar cada uma das folhas por água a ferver. 9.Colocar um pouco de água iodada em três placas de Petri. 10.Introduzir cada uma das folhas em caixas de Petri diferentes. Exemplo de registo de observações Solicitar aos alunos o registo das observações, através do preenchimento da tabela (cf. tabela 20). Folha Totalmente coberta Parcialmente coberta Descoberta Presença/ausência de amido Ausência Presença (embora em alguns locais possa não ser evidente) Presença Tabela 20: Registo das observações: exemplo. Algumas conclusões - A folha é colocada em água a ferver para interromper todas as reações e para quebrar as paredes celulares. Por outro lado, esta operação evita que as folhas fiquem quebradiças e aumenta a permeabilidade das células à solução de iodo. - As folhas ficam esbranquiçadas devido à remoção dos pigmentos fotossintéticos. - A água iodada é indicadora da presença de amido, alterando a sua cor para azul/violeta na sua presença. 44

45 - Esta atividade demonstra a ocorrência de fotossíntese nas plantas. Explicação teórica A fotossíntese é um processo biológico através do qual as plantas, e outros seres fotoautotróficos convertem energia luminosa em energia química e produzem compostos orgânicos (glicose), oxigénio gasoso (O 2 ) e água (H 2 O). Nos cloroplastos das células dos seres vivos que realizam a fotossíntese, existem pigmentos que têm a capacidade de captar a radiação luminosa necessária para a realização da fotossíntese (pigmentos fotossintéticos), como a clorofila. A glicose, produzida durante a fotossíntese é armazenada na forma de amido. O amido é um composto fácil de identificar, pois a adição de iodo (água iodada ou soluto de Lugol) a suspensões de iodo provoca o aparecimento de uma cor azul/violeta. Com esta atividade, os alunos serão capazes de reconhecer a importância da luz para a fotossíntese, através das diferenças entre as plantas que recebem a luz solar e as que estão privadas dessa luz. Atividade 10 Capilaridade Resumo da atividade A atividade relativa à capilaridade pretende que os alunos reconheçam a ocorrência destes fenómenos nas plantas. No final da atividade, o aluno será capaz de concluir que as plantas são capazes de transportar água e outras substâncias através de tubos existentes no seu interior, nomeadamente no caule. Os principais conceitos envolvidos nesta atividade são: capilaridade, caule. Tendo por base a questão-problema, o professor deve alargar o debate ao grupo turma. Durante este debate o professor deve conduzir os alunos a refletirem sobre a ocorrência de processos de transporte de substâncias ao longo do caule de uma planta. Esta atividade apresenta resultados mais rápidos em dias quentes, uma vez que nestes dias a coloração ocorre mais rapidamente. Em dias frios este processo é mais demorado. Por outro lado, recomenda-se que a observação da cor das pétalas decorra no dia seguinte à realização do procedimento experimental. Questão - problema É possível colorir pétalas brancas de flores? Previsões da atividade Solicitar aos alunos que procedam ao registo das suas previsões, utilizando uma tabela (cf. tabela 21). 45

46 Planta Cor das pétalas Colocada em água com corante azul Colocada em corante alimentar vermelho Colocada em água Tabela 21: Exemplo de tabela a utilizar para o registo das previsões. Protocolo Material - gobelés de 500 ml - tesoura - água - corante alimentar (azul e vermelho dão melhores resultados) - material fresco para observação: cravos brancos (quanto mais curtos os cravos, mais rápida será a coloração) Procedimento 1.Encher três gobelés de 500 ml com água. 2.Adicionar corante azul a um dos gobelés e corante vermelho a outro gobelé, de modo a que fiquem com uma cor escura. (Não é necessário contar as gotas, mas certifique-se de que a mistura esteja bem concentrada, ou seja, o corante esteja bem forte). O terceiro gobelé permanece apenas com água. 3.Cortar três caules de cravos, de forma a ficarem com cerca de 5 centímetros de altura a mais em relação ao gobelé e mergulhe-os imediatamente nos gobelés. 4.Observar a cor das pétalas no dia seguinte. 46

47 Exemplo de registo de observações Solicitar aos alunos o registo das observações, através do preenchimento de uma tabela. Sugere-se que se utilize uma tabela à semelhança da apresentada (cf. tabela 22). Planta Colocada em água com corante azul Colocada em corante alimentar vermelho Colocada em água Cor das pétalas Azul Vermelha Branca Tabela 22: Registo das observações: exemplo. Algumas conclusões - As pétalas ficaram coloridas porque a água corada foi transportada, por pequenos capilares, desde a ponta do caule que estava em contato com a água até as pétalas das flores. - O fenómeno que permite corar as pétalas dos cravos é a capilaridade. Explicação teórica A capilaridade nas plantas representa o modo como estes seres vivos conseguem conduzir a água com os nutrientes necessários à sua sobrevivência desde as suas raízes até às suas folhas. A capilaridade é a capacidade de um líquido ser conduzido por tubos muito finos. Quando se coloca um tubo fino em água, esta sobe pelas paredes do tubo de vidro até uma certa altura. No entanto, a altura da coluna de água no tubo de vidro depende do diâmetro do tubo. Quanto mais fino o tubo, maior a altura da coluna de água que se forma. Nas plantas, o xilema tem como função transportar a água e respetivos solutos absorvidos pela raiz até às restantes partes da planta e, devido às paredes espessadas dos seus tubos, conferir suporte mecânico às plantas. Nesta experiência, os cravos foram colocados num líquido com corante, e esse líquido foi levado através do xilema até às suas flores, colorindo-as. 47

48 Física «designação atual da ciência que se ocupa do estudo dos aspetos da natureza cuja compreensão pode ser sistematizada em termos de princípios elementares e leis universais.» 48

49 Propostas de atividades para o 3º ciclo do ensino básico Atividades de física e química Enquadramento curricular O conjunto de protocolos apresentados neste guião estão de acordo com as orientações curriculares para a disciplina de ciências físico-químicas, cobrindo todos os temas abordados ao longo do 3º ciclo. Através desta seleção de atividades experimentais pretende-se desenvolver atitudes de interesse e gosto pela ciência, promovendo a educação científica, recorrendo a exemplos práticos e do dia-a-dia. Assim, espera-se que os alunos sejam colocados em situações a partir das quais possam manipular materiais, investigar dependências e relações entre conceitos e elaborar conclusões com espírito crítico. As atividades experimentais servem para captar a atenção dos alunos, motivando-os a estudar ciência representando oportunidades fundamentais para desenvolver competências de decisão, análise e compreensão de fenómenos. Os protocolos seguintes encontram-se dividos em atividades de Física e em atividades de Química, organizada na seguinte tabela: ATIVIDADE Terra no Espaço Forças e movimentos Terra em transformação Materiais Energia Reações químicas Sustentabilidade na Terra Som e luz Mudança global Viver melhor na Terra Forças e movimentos F01 F02 F03 F04 F05 F06 F07 F08 F09 F10 Q01 Q02 Q03 Q04 Q05 Q06 Q07 Q08 Q09 Q10 Eletricidade e magnetismo Estrutura da matéria 49

50 Mecânica «parte da física que tem por objeto o estudo dos movimentos dos corpos, das forças que produzem esses movimentose do equilibrio das forças sobre um corpo em repouso.» 50

51 F01 Foguetão de esponja Resumo da atividade Esta atividade pode ser realizada no âmbito de várias temáticas do currículo de ciências físico-químicas do 3º ciclo, nomeadamente, quando se aborda o tema de Exploração espacial no tema organizador Terra no Espaço e sempre que se fala de forças e seus efeitos. Encontra-se dividiva em duas partes: a primeira corresponde à construção do foguetão e, a segunda, à realização de testes ao objeto construído para responder à questão-problema. Questão-problema A distância alcançada pelo foguetão depende da inclinação com que este é lançado? Protocolo - 1ª parte Material - cilindro de esponja 30 cm (com orifício de diâmetro 1,2cm) - elástico grosso (6mm) - fita adesiva extra forte em PET - covete esferovite - tesoura Procedimento 1.Usar a tesoura para cortar o tubo de espuma com 30 cm de comprimento. 2.Numa das extremidades desse tubo, fazer 4 cortes opostos de 8 cm de comprimento, para preparar o que será a cauda do foguetão. 3.Com a esferovite cortar um quadrado de 10 cm de lado. 4.Cortar esse quadrado em dois triângulos, por uma das diagonais do quadrado. 5.Cortar a ponta dos dois triângulos, dando resultado a dois trapézios de base igual à diagonal do quadrado. 6.Num dos trapézios fazer um corte da base maior até metade da sua altura. 7.No outro trapézio fazer um corte semelhante, mas partindo da base menor. Figura 1: Esquema passos 6 e 7. 51

52 8.Encaixar os dois pedaços de esferovite, um no outro, unindo-os pelas fendas feitas nos passos 6 e 7 estão feitas as asas do foguetão. 9.Deslizar as asas pelas fendas e o colocar fita adesiva o final do tubo de espuma de forma a garantir que estas não saem. 10.Cortar 12 cm de fita adesiva e dividi-la ao meio, ficando com dois pedaços de 12 cm de comprimento mas mais finos. 11.Na extremidade do tubo que não tem as asas, colar o elástico, fazendo passar a fita adesiva por dentro do elástico e depois acoplando esses materiais ao tubo. 12.Apoiar o foguetão sobre um dos lado mais estreitos de uma régua de 50 cm, colocando o elástico numa das pontas da régua. 13.Deslizar o foguetão no sentido de esticar o elástico ao máximo (semelhante ao que se faz com uma fisga) e soltá-lo. Figura 2: esquema da montagem final Protocolo 2ª parte Cada grupo tem de realizar três ensaios para cada um dos ângulos de lançamento e perceber que variáveis estão em causa neste problema: - Controlo: massa do foguetão, elongação do elástico; - Independente: ângulo de lançamento; - Dependente: distância alcançada. Material - foguetão - elástico 52

53 - fita métrica - quadrante - régua de madeira de 1 m Procedimento 1.Prender um fio ao ponto preto no canto superior direito do quadrante. 2.Prender uma massa de 10 g na extremidade solta do fio. 3.Colar o quadrante na régua de madeira. 4.Apoiar o foguetão sobre um dos lado mais estreitos de uma régua de madeira, colocando o elástico numa das pontas da régua. 5.Deslizar o foguetão no sentido de esticar o elástico ao máximo (semelhante ao que se faz com uma fisga) e soltá-lo. 6.Garantir que, cada vez que se realiza um ensaio, se mantém a distância que se estica o elástico (usar a graduação da régua). 7.Inclinar a régua para que o fio coincida com a marca de 30⁰ (ou outro dos ângulos da tabela) e soltar o foguetão. 8.Medir a distância alcançada pelo foguetão. 9.Registar os valores de distância medidos. Nota: Realizar esta atividade na rua, num espaço amplo. Ângulo de lançamento (⁰) Distância alcançada (m) Distância média (m) Tabela 1: Tabela de registo da distância alcançada pelo foguetão. 53

54 Resultados e conclusão Calcular a média da distância alcançada para cada ângulo e responder à questão problema. Explicação teórica A distância percorrida por um projétil ao longo da horizontal é chamada alcance. O alcance de um projétil varia com a velocidade inicial com que é lançado e com o ângulo de lançamento. Nesta atividade os alunos podem testar diferentes ângulos de lançamento e concluir sobre qual dos três ângulos em estudo corresponde a um alcance maior. Figura 3: Quadrante 54

55 F02 Tornado num frasco Resumo da atividade Nesta atividade pretende-se observar o comportamento de um fluido de regime laminar. Esta atividade pode ser explorada tanto na unidade de movimentos e forças, como na unidade mudança global. Questão-problema Como se movimentam as massas de ar num tornado? Protocolo Material - frasco - colher - água - purpurinas - líquido da louça Procedimento 1.Encher o frasco com água. 2.Juntar 10 ml de detergente da louça e uma colher de purpurinas. 3.Agitar, realizando movimentos circulares. Explicação teórica e reposta à questão-problema No regime laminar o fluido move-se em camadas que não se misturaram. Cada camada move-se com velocidades diferentes, percorrendo trajetórias paralelas. Quando se agita o frasco as camadas de fluido, dentro do seu interior, vão adquirir velocidades diferentes. Inicialmente, as camadas que se encontram fora, em contacto com as paredes do recipiente, estarão a mover-se mais rápido. Assim que se pára a agitação, as camadas mais afastadas do centro param de se mover enquanto as de dentro ainda realizam movimento. 55

56 Termodinâmica «parte da física que estuda as relações quantitativas e as possibilidades de transformação de energina calorífica em energia mecânica e vice-versa.» 56

57 F03(1) Saco de chá flutuante Resumo da atividade Esta atividade permite explorar como se transfere energia sob a forma de calor, ajudando a explicar como o calor «se espalha» numa sala, fenómeno conhecido por correntes de convecção. Os mecanismos de transferência de energia são estudados, geralmente no 7º ano, numa das unidades de química. Questão - problema Como se transfere a energia no ar? Protocolo Material - saqueta de chá - fósforos - tabuleiro Procedimento 1.Retirar o conteúdo da saqueta, incluindo o agrafo que possa estar a prender a etiqueta da saqueta. Pretende-se utilizar apenas o papel da saqueta. 2.Desenrolar a saqueta e deixar a abertura voltada para cima. 3.Moldar a saqueta para que se assemelhe com um cilindro de papel. 4.Acender um fósforo e queimar a parte superior da saqueta. F03(2) Serpentina Resumo da atividade Esta atividade permite explorar como se transfere energia sob a forma de calor, ajudando a explicar como o calor «se espalha» numa sala, fenómeno conhecido por correntes de convecção. Os mecanismos de transferência de energia são estudados, geralmente no 7º ano, numa das unidades de química. Questão - problema Como se transfere a energia no ar? 57

58 Protocolo Material - folha de alumínio - tesoura - régua - fio e agulha - lamparina - fósforos Procedimento 1.Cortar um quadrado de folha de alumínio com 12 cm de lado. 2.Com a tesoura, cortar em espiral até se chegar ao centro do quadrado. 3.Enfiar a linha na agulha e fazer um nó no fio. 4.Passar o fio pelo centro da espiral, para que quando se estica o fio na vertical, seja possível ter a espiral pendurada. 5.Acender a lamparina. 6.Segurar a espiral pelo fio, imediatamente acima da chama, mas sem tocar nesta. 7.Passado uns segundos observa-se a espiral a rodar. Explicação teórica das atividades F03 F03 (1): À medida que a chama consome a saqueta, esta vai ardendo até que, antes de se consumir completamente, ascende levemente até desaparecer. A convecção corresponde ao mecanismo de transferência de calor em fluidos como o ar e a água. A massa de ar imediatamente acima da saqueta em chamas, aumenta de temperatura, tornando-se mais densa e subindo. Quando o papel da saqueta tem uma massa muito pequena é facilmente arrastado com a massa de ar quente formada. Assim que o ar arrefece no cimo da sala, as cinzas da saqueta de chá voltam a descer. F03 (2): O movimento das correntes de convecção formadas devido ao aquecimento provocado pela chama da lamparina, fazem com que a serpentina gire. 58

59 F04 Marshmallow energético Resumo da atividade Nesta atividade constrói-se um calorímetro simples para determinar a energia libertada na combustão de um marshmallow. Assim, é relativamente fácil determinar a quantidade aproximada de energia que ingerimos quando comemos este doce. É adequada para o 7º ano, na unidade da Energia. Questão - problema Quantas calorias tem um marshmallow? Protocolo Material - folha de cartão (10 x 25 cm) - folha de alumínio - elástico - tesoura - plasticina - Marshmallow - clip - copo de medida/proveta - frasco 250 ml - luvas resistentes ao calor - papel vegetal para bolos - cronómetro Procedimento 1.Forrar o cartão com a folha de alumínio e fazer um cilindro, prendendo o cartão com um elástico. 2.Fazer dois cortes, opostos, numa das extremidades do cilindro, para este se segurar melhor na vertical. 3.Colocar uma bola de plasticina, do tamanho de uma noz, no centro da forma de papel. Cobrir a plasticina com papel de alumínio. 4.Esticar um clip e apoiá-lo verticalmente na plasticina. Fazer um gancho na extremidade livre do clip. 5.Prender o marshmallow ao gancho. 6.Colocar 50 ml de água no frasco. 7.Medir e registar o valor da temperatura da água. 8.Com um fósforo, acender o marshmallow em diferentes pontos. 59

60 9.De imediato, colocar a estrutura de cartão por cima, com o marshmallow no centro. 10.Apoiar o frasco por cima do cilindro de cartão e iniciar o cronómetro. 11.Quando o marshmallow parar de arder, parar o cronómetro e medir a temperatura da água e registar esses valores, usando a tabela abaixo para o registo. Temperatura inicial (⁰C) Temperatura final (⁰C) ΔT (⁰C) Δt (s) Tabela 2: Registo de resultados F05 Explicação teórica A glucose reagiu com o oxigénio produzindo energia. A unidade que traduz a energia dos alimentos é a caloria, que corresponde à energia necessária para elevar a temperatura, em 1 ⁰C, de um grama de água. Para se determinar as calorias do marshmallow: Energia (em calorias) = (massa da água) x (variação da temperatura) x (calor específico da água) Nota: 1 cm 3 de água = 1g de água Capacidade calorífica da água = 1 caloria/g ºC Variação da temperatura = temperatura final temperatura inicial (em ºC) 60

61 Acústica «ciência do som, que trata essencialmente do estudo da produção, comportamento e reação de todos os tipos de ondas e vibrações elásticas em qualquer meio.» 61

62 F05 propagação do som Resumo da atividade Esta atividade enquadra-se na unidade Som e Luz e permite fazer a introdução ao fenómeno de propagação do som e mostrar como o som se propaga em diferentes meios. Questão- problema Como descobrem os pesqueiros onde pescar? Protocolo Material - diapasão - gobelé 250 ml - água Procedimento 1.Encher o gobelé até à marca dos 250 ml. 2.Deixar estabilizar a água até que não se note qualquer movimento. 3.Fazer vibrar o diapasão e, imediatamente, mergulhá-lo cerca de 1 cm na água. Resposta à questão-problema Com esta atividade é possível verificar que o som resulta da propagação de perturbações num determinado meio. O meio em causa é a água, o que ajuda a fazer a ligação com a questão problema. O som resulta da propagação da vibração das partículas e isso permite que seja utilizado pelos pesqueiros para avaliar em que zona do mar se encontra um cardume. A propriedade do som que fundamenta o funcionamento desse sistema conhecido por sonar, é a reflexão do som. Explicação teórica O som propaga-se através de um meio devido à vibração das partículas que o constituem. Por essa razão não se propaga no vazio, pois não existem partículas que transmitam essa perturbação. A reflexão do som acontece, tal como a reflexão da luz, e a sua velocidade varia consoante as características do meio. Como indica a figura (cf. Figura 4), a ondas sonoras atingem um objeto e Figura 4: ilustração da reflexão do som. 62

63 são refletidas por este. No caso dos pesqueiros, os sonares analisam as ondas refletidas pelos cardumes ajudando na orientação da melhor zona de pesca. 63

64 Ótica «parte da física que se ocupa da luz e dos fenómenos da visão.» 64

65 F06 forno solar Resumo da atividade A construção de um forno solar aborda um conjunto de conceitos de unidades diferentes estudadas no 7º e 8º ano. No caso do 7º ano, enquadra-se na unidade sobre Energia, uma vez que prova que a radiação solar altera a temperatura dos objetos, e também, se adequa à unidade Som e Luz, quando se fala na reflexão da luz em espelhos planos e nas propriedades da luz. Esta atividade envolve duas etapas: a de construção do forno e a da sua utilização para responder à questão problema. Questão-problema É possível usar o forno solar para cozinhar? Protocolo 1ª parte - CONSTRUÇÃO DO FORNO Material - folha de alumínio - cartão - régua - lápis - cola batom - corda Procedimento 1.Cortar 12 retângulos de cartão de medidas 24 cm x 61 cm. 2.Desenhar em cada um desses cartões o seguinte esquema e recortar os cartões pela linha. Figura 5: modelo a ser copiado para os cartões. 65

66 3.Fazer os orifícios indicados à esquerda e dobrar os cartões ao longo das linhas desenhadas a tracejado. 4.Passar a corda por todos os orifícios, cuja dobra adjacente deve ser feita para fora. Apertar a corta para que a estrutura se pareça ao interior de uma concha. 5.Com a cola e o papel de alumínio, forrar o que será o interior do forno. 6.Apertar um pouco mais o cordel, se for necessário, utilizar uma tira de madeira presa à corda, para servir de maçaneta e garantir que todas as peças de cartão estão bem unidas umas às outras. Construção do suporto do copo ou recipiente Material - 3 varetas de madeira de 35 cm - 2 varetas de madeira de 29 cm - elásticos de borracha - fio resistente de metal Procedimento 1.Primeiro começar por fazer 4 furos na parte mais interior do forno, por onde irão passar as duas varetas mais compridas. Estas têm de ficar colocadas na vertical, e por trás da estrutura, o seu encaixe deve ser reforçado com cartão, colando tiras de cartão em redor de cada extremidade. Para evitar que elas saiam da montagem, enrolar elásticos de borracha nessas extremidades. 2.As varetas de 29 cm devem ser colocadas na horizontal, paralelamente ao chão. Para tal, fazer dois orifícios na estrutura, entre o centro da estrutura e a vareta que já está colocada na vertical. Prender a vareta horizontal e a vertical uma à outra com o fio de metal. Repetir este procedimento para a outra vareta. 3.De lado, tem de parecer que se tem um L desenhado com as varetas. 4.Unir a interseção das varetas com um fio, criando mais uma linha de apoio para o copo/recipiente. Algumas questões Por que razão se utiliza um espelho côncavo e não um espelho convexo? Que tipo de feixe luminoso é originado quando a luz incide no espelho côncavo? Por que razão se reveste o interior do forno com papel de alumínio? Protocolo 2ª parte Nesta atividade pretende avaliar-se qual a temperatura máxima atingida por um determinada amostra de água quando é colocada no forno solar. A partir d as conclusões, os alunos podem relacionar o volume de água com a temperatura máxima atingida e inferir se o forno solar que construíram é adequado para cozer, 66

67 por exemplo, legumes. As variáveis em estudo são: a)controlo: intervalo de tempo; b) independente: volume de água; c) dependente: temperatura. Cada grupo tem de realizar três ensaios para um determinado volume de água. Material - forno solar - copo ou gobelé revestido ou pintado de preto - proveta - água - termómetro - cronómetro Procedimento 1.Medir o volume de água indicado pelo professor, usando a proveta. 2.Deitar essa água no gobelé revestido a preto. 3.Colocar o termómetro dentro do gobelé. 4.Posicionar o gobelé no forno solar. 5.Accionar o cronómetro e esperar 10 min. 6.Ao fim de 10 min, registar o valor da temperatura atingida pela massa de água. 7.Repetir este procedimento duas vezes. 8.Calcular a média de valores da temperatura. Volume de água (ml) Temperatura (⁰C) Intervalo de tempo (s) Tabela 4: Registo de resultados atividade F06. 67

68 Conclusão A resposta à questão-problema depende dos valores médios obtidos pelos alunos, para todos os volumes de água indicados na tabela. No entanto, de uma forma geral, pode dizer-se que este forno aquece a amostra de água mas não o suficiente para cozer alimentos. Talvez seja adequado para preparar chá. Explicação teórica Relembrar os diagramas de raios da reflexão da luz em espelhos côncavos que é o mais semelhante ao espelho parabólico que construíram. É esperado que os alunos percebam que concentrando a radiação num ponto, ou seja, formando um feixe luminoso convergente resultante da curvatura do espelho, é possível concentrar os raios de luz num ponto, e com isso aquecer uma amostra de água. opostas. o Figura 6: Propriedades da luz: espelhos. 68

69 F07 dispersão da luz num prisma Resumo da atividade Com esta atividade pretende mostrar-se que a luz é composta por diferentes radiações. Pode ser realizada no âmbito da unidade Som e Luz, mais especificamente, quando se exploram as propriedades da luz. Questão-problema Como se formam os arco-íris? Protocolo Material - prisma de vidro - fenda simples - suporte para a fenda - lâmpada - alvo - base circular para colocar o prisma - calha - sala escura Procedimento 1.Encaixar todos os elementos na calha pela seguinte ordem: lâmpada, fenda e respetivo suporte, suporte e base circular, prima sobre essa base circular e, um pouco mais afastado, o alvo. 2.Ligar a lâmpada e garantir que o feixe de luz, que sai da fenda, atinge o prisma. 3.Rodar o prisma até encontrar o ângulo certo para que seja projetado o arco-íris no alvo. Algumas conclusões Quando um feixe de luz branca incide num prisma de vidro é possível observar a separação dessa radiação nas radiações simples que a compõem. No caso do arco-íris, o que acontece é a dispersão da luz nas gotas de água que compõem as nuvens, que neste caso atuam como pequenos prismas de vidro. Explicação teórica A luz propaga-se em todos os meios e no vazio e é constituída por radiações de diferentes comprimentos de onda. Nessa atividade recorre-se à refração da luz - fenómeno que resulta da interação da radiação com um determinado meio e que acontece quando a luz atravessa esse meio. 69

70 normal Figura 7: refração da luz de um meio menos denso para um mais denso. O raio refratado aproxima-se da normal, se a luz se propaga de um meio menos denso para um meio mais denso. Se a luz se propaga de um meio mais denso para um meio menos denso, o raio retratado afasta-se da normal. normal Figura 8: refração da luz de um meio mais denso para um menos denso A normal é a linha perpendicular à superfície no ponto de incidência do raio. Imaginando um feixe de luz a incidir num bloco de acrílico, caso o ângulo com que o feixe incide no bloco não for 0⁰, o que se verifica é que o feixe atravessa o bloco mas sofre um desvio de trajetória porque atravessa um meio diferente do ar. Resumindo: - a velocidade da luz depende do material que esta atravessa; - quando a luz atravessa materiais diferentes, a sua velocidade muda; - quando os raios luminosos atravessam meios óticos diferentes, sofrem desvios e mudam de direção. Figura 9: Esquema da dispersão. 70

71 Eletricidade e magnetismo «A eletricidade é a parte da física que estuda os fenómenos que têm origem na carga elétrica que aparece na natureza sob duas manifestações: positiva e negavtiva. O magnetismo, por sua vez, é a parte da física que estuda as propriedades dos ímanes.» 71

72 F08 palha d aço cintilante Resumo da atividade Esta atividade está enquadrada no tema de circuitos elétricos. Com esta atividade discute-se como se relaciona a intensidade da corrente com a resistência elétrica de um dado condutor elétrico. Questão-problema Como ocorrem os curtos circuitos? Protocolo Material - pilha de 9V - tabuleiro - palha de aço Procedimento 1.Fazer uma bola não muito compacta, do tamanho de uma bola de ténis, com palha de aço. 2.Esticar os fios garantindo que permanecem em contato, mas que estejam um pouco mais separados. 3.Apagar as luzes ou ir para um local escuro. 4.Tocar com os terminais de pilha na palha-de-aço. Sugestão: Para um efeito ser mais espetacular, tocar com a pilha em vários pontos diferentes para que se vejam faíscas em vários locais. Explicação teórica Os fios da palha-de-aço apresentam ferro na sua constituição. Uma vez que estes fios se encontram separados, estão rodeados por oxigénio, contrariamente ao ferro maciço, e essa presença de oxigénio favorece a combustão. Quando os terminais da pilha entram em contacto com a palha-de-aço provocam um fluxo de eletrões corrente elétrica. Uma vez que a intensidade da corrente que percorre os fios é elevada, e estes são muito finos e curtos e têm uma resistência elétrica muito baixa, é libertada energia sob a forma de calor suficiente para que o fio entre em combustão. 72

73 F09 Linhas de campo magnético Resumo da atividade A atividade enquadra-se nos conteúdos de eletricidade e magnetismo. Pretende-se que os alunos observem a orientação das linhas de campo magnético provocadas pela atração e repulsão entre dois ímanes. Questão - problema Como funcionam as bússolas? Protocolo Material - ímanes - limalha de ferro em saleiro - folha de papel A4 e A3 - bússolas - papel - lápis - câmara de observação do campo magnético Procedimento Caso a Bancada não tenha uma estrutura em acrílico com um fluido e limalhas de ferro por dentro, pode usar-se uma folha de papel. 1. Colocar um íman numa folha de papel branca. 2. Com o saleiro cheio de limalha de ferro, ir deitando por cima do íman e da folha. Este trabalho tem de ser feito muito lentamente, para que as pequenas partículas se alinhem segundo as linhas de campo magnético. 3. Pode usar-se uma folha A4 e colocar dois ímanes, em fila, primeiro orientado polo norte com polo sul (para se observar a forma das linhas no caso da atração magnética), ou polo norte com polo norte (repulsão). Resposta à questão-problema Espera-se que os alunos consigam chegar aos seguintes esquemas no passo 3 do procedimento: Figura 10: Atração magnética. Figura 11: repulsão magnética. 73

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