Construindo a Ciência

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1 Construindo a Ciência O trabalho científico Prof. Luiz Ferraz Netto [Léo] luizferraz.netto@gmail.com leobarretos@uol.com.br Devemos tomar cuidado para extrair de uma experiência apenas o conhecimento que ela fornece --- e parar aí; senão seremos como o gato que se senta na chapa quente de um fogão. Ele nunca mais se sentará de novo na chapa quente de um fogão --- e isto está bem; mas ele também nunca mais se sentará em uma chapa fria. MARK TWAIN Introdução - Carros eletro-solares Que belos carros eletro-solares não!? É comum que, veiculados pelos meios de comunicação, tomemos conhecimento de novos descobrimentos os quais, sem dúvida, nos causam profundas admirações. Por vezes ficamos a pensar e a nos indagar: 'Como trabalham os homens e mulheres que realizam tais descobrimentos?", "Que método seguem até chegar a obter certos resultados que, além de aceitos e reconhecidos pelos cientistas do mundo todo, se convertem em pontos de partida para aplicações importantes para a humanidade?". No exemplo acima, destacamos os magníficos carros eletro-solares, que se movimentam convertendo energia solar em energia elétrica e a seguir em energia mecânica. No que tais construtores se basearam para obter energia elétrica a partir de energia solar? Como realizaram tais trabalhos? Pois bem, quem inicia sua vida científica fazendo tais indagações, começou bem. Já está pronto para ser apresentado ao Método que habitualmente caracterizam tais trabalhos de homens e mulheres que participam da Construção da Ciência, e as reflexões sobre ele. Nos itens a seguir descreveremos as principais características do trabalho próprio das ciências experimentais, dos quais, Física e Química tomam parte. O trabalho científico é um trabalho planejado O trabalho dos cientistas se caracteriza por ser um trabalho muito bem planejado, com alguns objetivos iniciais e algumas fases ou etapas que habitualmente, porém não sempre, ocorrem em certa ordem, uma em continuação de outras. O trabalho planejado permite aos cientistas abordar problemas, explicar fenômenos, realizar descobrimentos e obter conclusões de caráter geral. fenômeno = qualquer modificação observável e passível de repetição. (Léo) 1

2 O trabalho científico objetiva buscar soluções Quando um cientista ou grupo de cientistas trata de estudar algum fenômeno da Natureza, normalmente começa por enquadra-lo como uma 'questão' cuja resposta ele desconhece. Ou seja, o homem de ciência entende que a busca para a explicação de um fato é tal e qual à apresentação do enunciado de um problema para o qual ele deve encontrar uma solução. fenômeno da Natureza = fenômeno que ocorre na Natureza. fato = fenômeno de reconhecimento indiscutível. A razão pela qual um cientista decide estudar um determinado fenômeno e não outro, prende-se ao pessoal interesse que esse fenômeno lhe desperta e com a preparação acadêmica que tem, ainda que, as vezes, também é influenciado pela real necessidade da sociedade, uma vez que, um certo trabalho científico tem, em determinadas ocasiões, um marcante caráter social. assim, por exemplo, o médico britânico Edward Jenner ( ) investigou a forma de combater a varíola e descobriu uma vacina contra ela, solucionando assim graves problemas que essa enfermidade produzia na sociedade de sua época. varíola = doença contagiosa, já erradicada, provocada por um vírus. vacina = medicamento que previne o ser vivo a contrair a doença; geralmente feita com o material do agente causador da doença. O trabalho científico apóia-se em conhecimentos já existentes Para realizar seu trabalho, os cientistas não partem de 'zero'. Suas investigações aproveitam os conhecimentos já consolidados que existem sobre o objeto de seu estudo. Devido a isso, se diz que a Ciência é acumulativa, quer dizer, que os novos conhecimentos se constroem sobre os anteriores e, dessa forma, tais conhecimentos vão se ampliando. Nas bibliotecas científicas podemos encontrar todo o conhecimento científico acumulado. Assim, ainda que Jenner tenha obtido uma vacina para a varíola, não conseguiu estabelecer a origem para esse mal, e tivemos que esperar até que o francês Louis Pasteur ( ), baseando-se nos trabalhos de Jenner, descobriu a causa da enfermidade. 2

3 Interior da Sala de Espelhos de um Museu de Ciências Na atualidade, os grandes descobrimentos científicos do presente e do passado, junto com muitos que se supõe conquistar no futuro, podem ser contemplados nos Museus de Ciências O trabalho científico é qualitativo e quantitativo O cientista, em seu trabalho, realiza observações do tipo qualitativo apenas naquelas nas quais não é necessário tomar medidas. Nestas observações se analisa um determinado fenômeno, procurando-se estabelecer por que motivo ele acontece, que fatores intervêm nele, que relação tem com outros fenômenos etc. Em geral, esse é um primeiro procedimento entre o fato observado e a tentativa de descreve-lo. Porém, sempre que pode, o cientista efetua também medições rigorosas e precisas naquelas que quantifica e, se possível, formula matematicamente suas observações e conclusões. Isso ocorre, sobre tudo, nas ciências experimentais como o são a Física e a Química. Matemática é ferramenta forte na estruturação das ciências. O trabalho em Física ou em Química responde a um mesmo planejamento, porém se caracteriza por utilizar técnicas experimentais diferentes em cada um deles. Assim, por exemplo, para determinar a velocidade de propagação do som em diferentes meios, os cientistas constataram em primeiro lugar que essa velocidade dependia da massa específica (ou densidade absoluta) do meio (aspecto qualitativo) e logo depois puderam, com equipamento adequado, medir a velocidade do som em diferentes meios (aspecto quantitativo), obtendo que, no ar ele se propaga a 340 m/s, na água a m/s, no ferro a m/s etc. O trabalho científico chega a resultados Quando um trabalho científico termina, os resultados a que chegou têm valor universal, ou seja, baseando-se neles poderemos predizer que, sempre que se tomem as mesmas condições em que foi feito o trabalho, se produzirá o mesmo fenômeno que foi observado e explicado. Para que uma teoria científica tenha esse valor universal deverá ser comprovada repetidas vezes nos laboratórios e na realidade, mas, ainda assim, nunca poderemos estar seguros de que no futuro não possa ocorrer uma dessas experiências na qual a citada teoria não se confirme. Basta que, apenas em um caso, uma experiência contradiga uma teoria para que esta torne-se inválida. O histórico da ciência mostra-nos diversas dessas 'quedas de teorias'e suas substituições por novas. Todas as teorias científicas têm um caráter provisório, e podem modificar-se quando se encontram outras que explicam de uma forma mais completa o fenômeno ou fenômenos que pretendiam explicar. O trabalho científico é um trabalho de equipe Ainda que no princípio os cientistas concebessem suas idéias e experimentassem sobre elas solitariamente, na atualidade essa forma de trabalho está totalmente superada. Hoje em dia, homens e mulheres de ciência se associam em equipes mais ou menos numerosas e entre eles labutam organizadamente com a intenção de explicar os fatos e fenômenos que estudam. 3

4 Fases do Método Científico Introdução As ciências experimentais como a Física e a Química, utilizam o denominado método científico experimental, cujas principais fases iremos analisar a seguir, utilizando-nos de um caso real. Para tanto, propomos que você se imagine como se já fosse um cientista e tivesse como incumbência dar uma explicação a um fenômeno natural como, por exemplo, o arco-íris. Como você planejaria sua atividade e que passos darias até encontrar resposta a todas as perguntas que envolvem o fenômeno do arco-íris? No decorrer desse texto vamos tentar guia-lo por esse caminho onde você será o principal protagonista. A observação do fenômeno Observação do arco-íris Uma vez definido o fenômeno de estudo, a primeira coisa a fazer é observar seu acontecimento, as circunstâncias em que se produz e suas características. Esta observação deve ser reiterada (deve ser realizada várias vezes; deve ser repetida), minuciosa (deve-se tentar apreciar o maior número possível de detalhes), rigorosa (deve ser realizada com a maior precisão possível) e sistemática (deve ser efetuada de forma ordenada). Em que circunstâncias aparece o arco-íris? A observação reiterada e sistemática do fenômeno lhe permitirá constatar que o arco-íris aparece quandochove (mais tarde você poderá simular uma chuva, em laboratório, e não precisará mais ficar aguardando 'chover')e, além disso, que há sol (mais tarde, no laboratório, um boa lâmpada irá simular o Sol). A mesma seqüência de observações fará com que você perceba que o arco-íris só será visível quando você estiver situado entre o sol e a chuva, de costas para o Sol. Você anotará em seu caderninho de campo: "O arco-íris não é visto de qualquer lugar que eu fique e, quando o vejo, estou de costas para o Sol entre o sol e a chuva". Na ilustração acima, onde você deverá estar? Onde está o Sol? Qual é a forma do arco-íris? A forma do conhecido arco-íris é a de um arco de circunferência. Entretanto, você não deverá anotar apenas isso em seu caderno de campo. Anote também: "Será que observado do alto de uma montanha o tamanho desse arco aumenta? diminui? O raio médio da circunferência se altera? Se eu estivesse num avião teria ele, ainda, a forma de um arco?" Que cores ele nos mostra e em que ordem aparecem? 4

5 Poderás observar (apenas usando seus olhos) que existe sete cores diferentes no arco-íris e que são, de dentro para fora do arco: violeta, anil, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho. Em busca de informações Você não é a primeira pessoa a observar um arco-íris, com certeza. Assim, como passo seguinte e com o objetivo de confirmar e reafirmar as observações efetuadas, deve-se consultar livros, enciclopédias ou revistas científicas que já descrevem algo sobre o fenômeno que está sendo, mais uma vez, estudado. Não esqueça que nos livros encontram-se os conhecimentos científicos acumulados através da história. Por esse motivo, a busca de informações e a utilização dos conhecimentos existentes são imprescindíveis em todo trabalho científico. Coincidem as informações que encontrou com aquelas obtidas durante suas observações? A consulta de qualquer livro de Física Elementar lhe confirmará que as conclusões a que chegou através de suas observações são corretas. Ou seja: a) O arco-íris só aparece e pode ser visto quando chove e, além disso, há sol. b) O arco-íris sempre apresenta as mesmas cores e essas se sucedem na mesma ordem. Atende para o fato de que esse livro texto elementar não deu resposta ás suas dúvidas anotadas em seu caderno de campo; talvez outros livros as dêem. Que outras informações puderam ser colhidas nos livros consultados? A consulta de livros e revistas poderão lhe informar que, por exemplo, por vezes, parecem dois arcos-íris, se bem que um deles é bem mais tênue que o outro e, portanto, mais difícil de se ver. A formulação de hipóteses Arco-íris principal e secundário. 5

6 O cientista formula uma hipótese. Depois de observar o fenômeno e de reunir documentação suficiente sobre observações já efetuadas por outros, o cientista deve buscar uma argumentação que permita explicar e justificar cada uma das características de tal fenômeno. Como primeiro passo desta fase, o cientista começa a fazer várias conjecturas ou suposições a partir das quais, posteriormente, mediante uma série de comprovações experimentais, elegerá como explicação do fenômeno a mais completa e simples, a que melhor se ajuste aos conhecimentos gerais da ciência no momento. Essa explicação racional, razoável e suficiente se denomina hipótese científica. O arco-íris é um fenômeno luminoso? Parece que sim, posto que só se produz quando existe uma fonte luminosa (o Sol). Sua existência tem algo a ver com água? A resposta também é afirmativa, posto que o arco-íris só aparece quando chove. É um fenômeno de reflexão ou de refração? Parece que, a princípio, podemos descartar a reflexão, posto que o aparecimento do fenômeno não se observa em nenhum corpo opaco refletor. Por sua vez, podemos propor a hipótese de que o arco-íris seja um fenômeno de refração da luz e que seu aparecimento se dê por causa da decomposição da luz solar quando essa passa através das gotas de água da chuva. É uma hipótese razoável. A comprovação experimental Uma vez formulada a hipótese, o cientista deve comprovar que esta é válida em todos os casos e, para tanto, deve realizar experiências nas quais se reproduzam o mais fielmente possível as condições naturais nas quais se verifique o fenômeno estudado. Se sob tais condições o fenômeno acontece, a hipótese terá validade, ou seja, será uma proposição verdadeira nas condições estipuladas. Como faremos para reproduzir as condições de aparecimento do arco-íris? Comecemos por simular uma chuva e, para tanto devemos ter água caindo em gotas. Não é difícil fazer isso, basta pegar uma mangueira de regar o jardim e apertar a extremidade de saída com as mãos de modo a fazer um jato fino e largo. Máquinas de lavar, elétricas, permitem o ajuste desse fluxo com facilidade. Dirija o jato para cima e dê suas costas para o Sol. Pronto, você reproduziu 6

7 com fidelidade os requisitos indispensáveis para o aparecimento do arco-íris; simulou uma chuva, há sol e você se colocou entre ambos. Que acontecerá quando você realizar essa experiência? Se seguiu todos os passos descritos acima, poderá comprovar que no horizonte da 'chuva' irá aparecer um pequeno arco-íris. Poderemos admitir como válida a hipótese formulada? Tudo indica que sim, porque com as mesmas condições que se dão na Natureza, porém em escala reduzida (tudo de tamanho menor), conseguimos obter um arco-íris. Simulação do arco-íris. Trabalhando no laboratório Uma das principais atividades do trabalho científico é a de realizar medidas sobre as diversas variáveis que intervêm no fenômeno que se estuda e que são susceptíveis de serem medidas. Se nos prendermos ao experimento descrito acima dificilmente você poderá tirar alguma medida, por isso, é conveniente repetir a experiência em um lugar adequado onde isso possa ser feito, ou seja, num laboratório. Estas experiências realizadas nos laboratórios se denominam 'experiências científicas' e devem cumprir os seguintes requisitos: a) Devem permitir realizar uma observação sobre a qual possa-se extrair dados. b) Devem permitir que os distintos fatores que intervêm no fenômeno (luminosidade, temperatura etc.) possam ser individualmente controlados. c) Devem permitir que se possam realizar (repetir) tantas vezes quanto necessárias e por distintos operadores. Habitualmente, em ciências experimentais, os trabalhos de laboratório permitem estabelecer modelos, que são situações ou suposições teóricas mediante as quais se efetua uma analogia (formalização)(equivalência) entre o fenômeno que ocorre na Natureza e o experimento que realizamos. Como poderemos fazer uma montagem em laboratório na qual se possa efetuar medidas sobre o fenômeno arco-íris? Com a ajuda de seu professor você poderá realizar sem muita dificuldade uma experiência sobre o arco-íris. Para tanto deverá preparar um modelo no qual se verifique as seguintes equivalências: 7

8 na Natureza no Laboratório O Sol se substitui por uma fonte de luz (projetor) os raios de Sol se substitui por um estreito feixe de luz procedente da fonte uma gota de chuva se substitui por um balão cheio de água o fundo do céu se substitui por uma tela na qual se recolhe a luz Montagem de laboratório para a observação do arco-íris e seu esquema explicativo. Efetuando-se a montagem acima ilustrada e dirigindo o feixe de luz proveniente da fonte para o balão cheio de água (e isso pode ser substituído por um bulbo de lâmpada incandescente da qual se extraiu seu 'miolo'), poderá observar projetado sobre a tela, uma em seguida a outra, as cores que formam o arco-íris. Como explicaremos o que ocorreu? Quando o estreito feixe de luz branca atinge a região [A] do balão e penetra na água ele muda de direção ampliando a abertura do feixe (observe a região interna de [A] para [B]). Ao chegar na região [B], ao sair da água, novamente ocorre outra mudança de direção e nova ampliação da abertura do feixe --- é o fenômeno da refração que se faz acompanhar da decomposição da luz branca. As luzes coloridas provenientes dessa decomposição atingem a tela. Cada gota da chuva, nas condições citadas, tem esse comportamento. Devida a essas milhares gotas de chuva que participam dessa decomposição é que se torna possível ver o arco-íris no horizonte. Além dessa importante observação, o experimento permite medir os diferentes ângulos de desvio de cada uma das cores em relação ao estreito feixe incidente inicial. É um experimento científico, preenchendo os requisitos básicos. Assim, se comprova que a formação do arco-íris pode ser explicada pelas leis que regem a refração da luz. O tratamento dos dados As medidas efetuadas sobre os fatores que intervêm em um determinado fenômeno devem permitir encontrar algum tipo de relação matemática entre as grandezas físicas que caracterizam o fenômeno em estudo. Para chegar a essa relação matemática os cientistas procuram seguir dois passos prévios: a análise dos fatores pertinentes e a construção de tabelas e gráficos. 1 Análise dos fatores - O estudo em profundidade de um fenômeno requer, em primeiro lugar, a determinação de todos os fatores que nele intervêm. Para que esse estudo se realize de forma mais simples, fixa-se uma série de grandezas que não variem (variáveis controladas) e se estuda a maneira como varia uma dada grandeza (variável dependente) quando se produz uma variação de outra grandeza (variável independente). Assim, se reconhecidamente existem 10 fatores intervindo num dado fenômeno, fixam-se os valores de 8 deles, variamos deliberadamente (de modo muito 8

9 bem determinado) um dos dois restantes e se determina, mediante cuidadosas medidas que variação sofreu aquele fator restante. Isso se repete ciclicamente até esgotar toda a série. Eis um exemplo prático: queremos estudar o alongamento que uma mola que tem uma das suas extremidades fixa experimenta, quando colocamos 'pesos aferidos' na outra extremidade. Há um conjunto de grandezas que, de início, poderão ser consideradas com valores invariáveis (temperatura do recinto onde se faz o experimento, a pressão barométrica dentro do mesmo, a umidade relativa do ar etc.), que correspondem ás variáveis controladas. Nesse caso, a medida da deformação da mola (seu alongamento) será a variável dependente e o 'peso' (massa aferida ou massor) que colocamos na extremidade livre será a variável independente (nós escolhemos os valores desses pesos). 2 A construção de tabelas e gráficos - A construção de tabelas consiste em ordenar os dados numéricos obtidos para a variável dependente em correspondência com os dados numéricos da variável independente. Sempre devemos especificar asunidades com as quais se medem essas duas variáveis em jogo. Normalmente se utilizam de parêntesis em continuação a seus nomes. No caso da mola, a tabela poderia ser assim: massa colocada (g) alongamento (cm) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5. Montagem do experimento e a relação linear (y = k.x). A representação gráfica consiste em transferir os dados das medidas (pares ordenados) para um sistema de eixos cartesianos ortogonais onde, normalmente, a variável independente se faz corresponder ao eixo X (eixo das abscissas) enquanto que a variável dependente se faz corresponder ao eixo Y (eixo das ordenadas). Denominamos 'ajuste do gráfico' ao procedimento mediante o qual se determina qual a melhor linha que passa (que se ajusta) por todos os pontos (ou pela maioria deles) do gráfico, representativo dos pares ordenados. Na maioria dos casos, os gráficos que se obtém são linhas retas, o que indica que a relação entre as grandezas físicas representadas é da forma Y = k.x, onde k é uma constante. Veja ilustração acima. Em outros casos, a relação entre as grandezas pode ser do tipo 'parabólico', o que matematicamente se representará por Y = k.x 2, ou do tipo 'hiperbólico', cuja expressão será da forma X.Y = k. 9

10 Relação 'parabólica' (y = k.x 2 ) e Relação 'hiperbólica' (x.y = k). As conclusões e a comunicação de resultados A análise dos dados e a comprovação das hipóteses levam os cientistas a emitirem suas conclusões, que podem ser empíricas, ou seja, baseadas na experimentação ou dedutivas, ou seja, obtidas mediante um processo de raciocínio do qual se parte de uma verdade conhecida (premissa verdadeira) até chegar á explicação do fenômeno. A imprensa científica comunica os resultados obtidos pelos investigadores. Uma vez bem solidifica essas conclusões, estas devem ser comunicadas e divulgadas para o restante da comunidade científica para que sirvam de ponto de partida para outros descobrimentos ou como fundamento de uma aplicação tecnológica prática. Qual o caminho trilhado para se chegar á explicação da formação do arco-íris? O primeiro cientista que estudou de forma rigorosa a decomposição da luz foi Isaac Newton ( ) e suas publicações serviram para que, posteriormente, a formação do arco-íris pudesse ser bem explicada. Mais adiante ainda, a tecnologia aproveitou o fenômeno da refração da luz e foram inventados numerosos instrumentos ópticos, como máquinas fotográficas, projetores etc. em cujo funcionamento intervêm esse fenômeno. A elaboração de Leis e Teorias O estudo científico de todos os aspectos de um fenômeno natural leva á elaboração de leis e teorias. * Uma lei científica é uma hipótese que tenha sido comprovada sua validade. * Uma teoria científica é um conjunto de leis que explicam um determinado fenômeno ou grupo deles. Assim, por exemplo, a hipótese comprovada de que o arco-íris se forma devido á refração que a luz branca (solar) experimenta ao atravessar as gotas de chuva, é uma lei integrante de um conjunto de leis que regem outros fenômenos luminosos (reflexão, dispersão, difração etc.). Esse conjunto é conhecido como a Teoria sobre a luz. Tanto as leis como as teorias devem cumprir os seguintes requisitos: 10

11 a) Devem ser gerais, ou seja, não devem explicar apenas casos particulares de um fenômeno. b) Devem ser comprovadas, ou seja, devem estar alavancadas (avalizadas)(corroboradas)(assentadas) pela experimentação. c) Devem, quando possível, estar 'matematizadas', ou seja, devem poder expressar-se mediante funções matemáticas. As teorias científicas têm validade até que sejam incapazes de explicar determinados fatos ou fenômenos, ou até que algum descobrimento novo comprovado se oponha a elas. A partir de então, os cientistas começam a elaborar outra teoria que possa explicar esses novos descobrimentos. A Ciência é conhecimento evolutivo e não estacionário. A que conclusão você chegaria se viesse a ver um arco-íris em um dia sem chuva? De acordo com o que até agora foi estudado, a teoria da luz exige que, para que se produza o arco-íris é preciso que chova, para que as gotas de água possam decompor a luz solar em suas sete cores. Se no ambiente não houver água, teremos que repensar sobre a mencionada teoria e tentar completá-la com outros argumentos (novas hipóteses, novas comprovações) que passem a explicar o fenômeno observado. Se tal não for possível toda teoria cairá por terra. 11

12 Aplicações praticas Tema 1- Relação entre o crescimento de uma planta de vaso e a quantidade de água das regas O crescimento das plantas de vaso depende de um conjunto bastante amplo de fatores: a luminosidade, a ventilação, a umidade e a temperatura do recinto em que se encontram, o tamanho do vaso, a quantidade e o tipo de terra que contém, e da quantidade de água com que as regamos. Como nesse experimento pretendemos apenas estudar a relação entre o crescimento da planta e a quantidade de água utilizada em sua rega, deveremos manter constante os demais fatores para cada planta. Para tanto, as plantas selecionadas devem ser colocadas no mesmo recinto (veja ilustração acima), participando da mesma luminosidade, ventilação, umidade, temperatura; devem ter vasos de mesmo tamanho e contendo terra do mesmo tipo e quantidade. [Nota: A ilustração corresponde às exigências? Resposta: Não. Observe que as plantas estão a diferentes distâncias da janela, assim não poderemos garantir uma iluminação equivalente, nem a mesma ventilação. De que modo você colocaria as plantas sobre a mesa?] Assim, esses fatores fixos constituem as 'variáveis controladas', a 'variável dependente' será a altura da planta e como 'variável independente' adotamos a quantidade de água utilizada para as regas. A hipótese que admitiremos relacionar essas duas últimas quantidades variáveis é a seguinte: O crescimento de cada planta dependerá diretamente da quantidade de água com que se rega. Para verificar ou comprovar a hipótese acima, podemos tomar duas plantas da mesma espécie, situadas no mesmo ambiente e que tenham alturas iniciais iguais. Podemos decidir, por exemplo, regar a planta A com 10 cm 3 de água e a planta B com 20 cm 3. A rega deve ser feita sempre na mesma hora do dia, por exemplo, às 17 horas. [Advertência: O texto proposto é apenas um texto-modelo. Usar apenas duas plantas e fazer apenas uma série de medidas é arriscado. Várias repetições devem ser feitas pois, por algum motivo não controlado, a planta poderia crescer mais ou menos a despeito da quantidade de água fornecida.] Ao cabo de cinco semanas de regas, nas condições pré-fixadas, poderemos ter colhido os seguintes dados: Para elaborar as conclusões, convém representar graficamente estes resultados, com o que obteremos as linhas retas indicadas na figura acima. [Advertência: Os dados acima são postos apenas para fins de exemplo. Não são dados reais de alguma experiência.] Observando essas representações gráficas podemos afirmar que, quanto maior a quantidade de água utilizada na rega, maior será o crescimento da planta. Ou seja, a hipótese posta resultou ser, pelo menos provisoriamente, verdadeira. 12

13 Como a relação entre as variáveis dependente (altura da planta h) e independente (quantidade de água), no decorrer do tempo t, vem dada por uma linha reta, poderemos 'matematizar' o resultado escrevendo uma expressão da forma: y = k.x + b ou h = k.t + b, onde k e b são constantes a serem determinadas e conceituadas. A constante b, em ambos os casos, refere-se à altura inicial das plantas; para t = 0, temos h Ao = h Bo = 9,5 cm. A constante k, em ambos os casos, refere-se à 'rapidez' do crescimento e pode ser calculada, por exemplo, usando-se dos dados da segunda e quinta semana; teremos: Planta A : k A = h/ t = (12,0-10,5)/(5-2) = 0,5 cm/semana; então: h A = 0,5.t + 9,5 (equação da planta A) Planta B : k B = h'/ t' = (13,4-11,0)/(5-2) = 0,8 cm/semana; então: h B = 0,8.t + 9,5 (equação da planta B) [Nota: A quantidade de água não estará sempre correlacionada com o crescimento de forma positiva: a relação deve corresponder mais a uma curva com um pico na 'quantidade ótima' de água --- que dependerá de cada espécie ensaiada. A função entre crescimento e tempo possivelmente não será linear.] Tema 2- Trabalhe como um cientista; o detetive da ciência. Nessa atividade propomos que você faça a análise de um fenômeno seguindo todos os passos que explicamos no desenvolvimento do Método Científico Experimental. O fenômeno que propomos é o processo de oxidação do ferroexposto á intempérie. As fases de trabalho que deverá realizar são as seguintes: 1. Observação - Contemple atentamente diversos objetos de ferro que se encontrem na intempérie (um depósito de ferro velho ao ar livre é ambiente ideal!): latarias de automóveis, faróis, tubulações de água, cercas metálicas etc., e observe se alguma de suas partes se encontra estragada (enferrujada, 'comida' pela ferrugem). Anote as características que diferenciam essas regiões danificadas daquelas que não estão. 2. Documentação - Procure em um dicionário (se for técnico, melhor ainda), enciclopédia ou internet o significado das palavras "oxidação" e "ferrugem". 3. Formulação de hipótese - Analise qual das seguintes propostas é a causa do porquê algumas regiões do ferro encontram-se danificadas: : A qualidade do ferro varia de uma região para outra na mesma peça; : A umidade ambiente prejudica o material e o corrói; : A pintura que recobre o material é de má qualidade. 4. Experimentação - Separe um prego de ferro e deixe-o durante alguns dias (se possível em dias úmidos) exposto ao relento (coloque-o sobre um muro, por exemplo). : Que alterações observou nesse prego? Seu aspecto tem alguma semelhança com as regiões danificadas naqueles materiais que observou na primeira fase deste estudo? : Em vista desse resultado, qual das propostas da fase anterior lhe parece mais adequada para explicar o fenômeno? Por quê? 5. Elaboração de teorias - Após a realização desse trabalho, que teoria você proporia a respeito dos efeitos que se produzem no ferro exposto a intempérie? Enuncie-a por escrito. Bom sucesso. 13

14 Atividades A1- Verdadeiro(V) ou Falso(F) 1.Todas as etapas do trabalho científico se sucedem na mesma ordem. 2.As necessidades da sociedade influem no trabalho científico. 3.O progresso científico se realiza de forma contínua e não em saltos. 4.Em um trabalho científico é necessário realizar medidas das grandezas que intervêm no processo. 5.As teorias científicas são aceitas universalmente e não são mais revisadas. 6.A comprovação experimental antecede a observação dos fenômenos. Justifique suas respostas. A2- Comprove seus conhecimentos 1. Indique a fase do Método Científico Experimental a que pertence cada uma dessas propostas: a) Procurar em um dicionário o significado da palavra 'refração'. b) Contemplar o céu estrelado numa noite de verão. c) Representar graficamente a velocidade do carro que o transporta, a cada minuto de viagem. d) Supor que vemos a Lua de noite porque nosso satélite reflete a luz solar. e) Medir a temperatura na qual 'fervem' vários líquidos. 2. Complete os espaços em branco correspondentes às fases do Método Científico Experimental: A3- Análises e Questões 1. Os agricultores têm fama de serem bons observadores e de prever com bastante exatidão o tempo que vai fazer no dia seguinte. Em que se diferencia a observação que fazem os agricultores daquelas realizadas pelos meteorologistas para as previsões do tempo? Você acredita nas 'previsões' do "Homem do Tempo" da TV? Comente. 2. Imagine que se descubra um fenômeno que está em contradição com uma teoria já formulada. Analise se são corretas as seguintes afirmações: a) O fenômeno há de ser falso, uma vez que não é apoiado pela teoria. b) Temos que modificar a teoria, porque essa tem que estar de acordo com o fenômeno. c) Se deve repetir a experiência, talvez por ter sido mal realizada o fenômeno resultou ser falso. 3. Muitos periódicos publicam semanalmente suplementos dedicados à Ciência. Consiga alguns desses suplementos e classifique as notícias que trazem segundo pertençam a Física, Química, Biologia, Geologia ou Medicina. Que conclusões poderá tirar quanto ao número de notícias que aparecem de cada uma dessas ciências? 4. Em uma lagoa existem algas de quatro cores diferentes: vermelhas, amarelas, verdes e marrons, e rãs que se alimentam delas. Se em um momento determinado pudéssemos observar os estômagos de todas as rãs dessa lagoa, como seriam as possíveis misturas de algas que se encontram em seus interiores? 5. Um granjeiro quer investigar se existe alguma relação entre a quantidade de vitamina A que ele dá para as galinhas e o número de ovos que elas põem. Para isso esse separa as galinhas em vários grupos e passa a alimentá-las com doses (quantidades) diferentes para cada grupo. 14

15 Supondo que todos os grupos são criados sob mesmas condições de luminosidade, temperatura etc., conteste: a) O granjeiro está realmente realizando uma experiência científica? Por quê? b) Como você formularia a hipótese daquilo que se pretende comprovar? c) Quais são as variáveis controladas e quais são as variáveis dependente e independente? d) A que conclusão chegaria o granjeiro em função dos distintos resultados que se poderiam colher? 6. A tabela a seguir fornece dados sobre a velocidade de um automóvel em alguns instantes de seu movimento: Instantes (s) Velocidades (km/h) Represente graficamente esses dados e conteste: a) Que ocorre com o automóvel no instante t = 0 s? b) Qual é sua velocidade no instante t = 10 s? c) Como é o gráfico de sua velocidade em função do tempo? d) Qual a 'equação da velocidade' desse carro? e) Se o tipo de movimento não variar, qual será a velocidade do automóvel no instante t = 35 s? 7. Ao medir a temperatura de uma determinada massa de água que estamos aquecendo, obtivemos a seguinte tabela: tempo (min) temperatura ( o C) a) Construa o gráfico cartesiano (temperatura versus tempo), com os dados da tabela, e responda: b) Qual a expressão matemática que relaciona essas duas grandezas? c) Qual a unidade da constante de proporcionalidade? 8. A tabela seguinte refere-se ao volume que uma dada massa de gás ocupa em função de sua pressão: Volume (cm 3 ) Pressão (atm) 1,00 1,25 1,60 2,00 4,00 Represente esses dados graficamente e obtenha a expressão matemática que relaciona as duas grandezas envolvidas. 15