Plano de Aula | Metodologia Ativa | Hidrostática: Empuxo

Premissas: Este Plano de Aula Ativo pressupõe: uma aula de 100 minutos de duração, estudo prévio dos alunos tanto com o Livro, quanto com o início do desenvolvimento do Projeto e que uma única atividade (dentre as três sugeridas) será escolhida para ser realizada durante a aula, já que cada atividade é pensada para tomar grande parte do tempo disponível.

Objetivos

Duração: (5 - 10 minutos)

A etapa de objetivos é fundamental para estabelecer uma clara direção para a aula, indicando o que se espera que os alunos sejam capazes de realizar ao final. Ao definir objetivos específicos e mensuráveis, o professor guia tanto o seu próprio planejamento quanto o foco dos estudantes. Neste contexto, o objetivo é assegurar que os alunos não apenas aprendam a teoria por trás do empuxo, mas também sejam capazes de aplicá-la em contextos práticos e resolver problemas reais, promovendo assim uma compreensão profunda e significativa do tópico.

Objetivos principais:

1. Capacitar os alunos a calcular o empuxo de um corpo imerso em um fluido, compreendendo o princípio de Arquimedes e sua aplicabilidade prática.

2. Desenvolver habilidades de resolução de problemas que envolvam corpos submersos, utilizando o conceito de empuxo para determinar o comportamento dos mesmos.

Objetivos secundários:

1. Incentivar a curiosidade e o questionamento sobre fenômenos físicos que ocorrem no cotidiano relacionados à Hidrostática.

Introdução

Duração: (15 - 20 minutos)

A introdução é projetada para engajar os alunos e reativar o conhecimento prévio, utilizando situações problema que os façam pensar criticamente sobre o tema. Além disso, a contextualização busca estabelecer conexões entre o conteúdo acadêmico e o mundo real, aumentando a relevância percebida do tópico e motivando os alunos a explorarem mais profundamente o assunto. Essa etapa é crucial para preparar o terreno e garantir que os alunos estejam mentalmente prontos para a aplicação prática dos conceitos durante a aula.

Situações Problema

1. Imagine que você está em um barco em um lago tranquilo e resolve mergulhar uma bola de basquete na água. O que acontece com a bola quando você a solta? Ela afunda, flutua ou permanece no mesmo lugar? Discuta as forças que atuam sobre a bola neste cenário.

2. Considere uma piscina olímpica cheia de água. Agora, pense em alguém que entra na piscina carregando um grande bloco de isopor. Quando o bloco é solto dentro da água, ele afunda completamente, permanece flutuando ou apenas parte dele fica submerso? Explique por que isso ocorre, considerando as forças em jogo.

Contextualização

O princípio de Arquimedes, que explica o empuxo, não é apenas uma teoria abstrata, mas algo que se aplica em muitas situações do dia a dia. Por exemplo, na indústria naval, o conhecimento sobre o empuxo é crucial para a construção de navios que sejam capazes de flutuar e navegar corretamente. Além disso, curiosidades como a habilidade dos grandes navios de cruzeiro de flutuar em águas profundas mesmo sendo tão pesados, ou o motivo pelo qual objetos submersos parecem mais leves, são exemplos práticos que podem ser explorados para entender a relevância e aplicabilidade do tema.

Desenvolvimento

Duração: (75 - 80 minutos)

A etapa de desenvolvimento é projetada para permitir que os alunos apliquem de forma prática e experimental os conceitos teóricos de empuxo e densidade que estudaram previamente. Ao participarem de atividades lúdicas e desafiadoras, os alunos podem visualizar e manipular as forças em jogo, facilitando uma compreensão mais profunda e duradoura do tema. Esta abordagem prática visa reforçar o aprendizado, estimular o raciocínio crítico e promover habilidades de trabalho em equipe.

Sugestões de Atividades

Recomenda-se que seja realizada apenas uma das atividades sugeridas

Atividade 1 - O Mistério das Bolas Flutuantes

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Compreender o conceito de empuxo e densidade através de uma abordagem prática, observando diretamente a interação entre diferentes materiais e a água.

- Descrição: Nesta atividade, os alunos serão desafiados a investigar por que algumas bolas flutuam e outras afundam, mesmo tendo tamanhos, massas e materiais diferentes. Para isso, eles utilizarão diferentes tipos de bolas (como uma bola de tênis, uma bola de pingue-pongue e uma bola de gude) e água em um grande recipiente.

- Instruções:

• Dividir a turma em grupos de até 5 alunos.

• Distribuir os materiais: um grande recipiente com água e uma variedade de bolas de diferentes materiais e tamanhos.

• Cada grupo deve selecionar uma bola, prever se ela irá flutuar ou afundar e justificar sua previsão com base no que sabem sobre a densidade dos materiais.

• Submergir cada bola no recipiente e observar o que acontece. Anotar as observações.

• Comparar as previsões com os resultados e discutir em grupo as diferenças e o porquê de cada bola ter se comportado como esperado ou não.

Atividade 2 - O Navio de Papelão

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Aplicar conceitos de empuxo e densidade na prática, promovendo o entendimento de como a forma e a densidade afetam a flutuabilidade de um objeto.

- Descrição: Os alunos irão projetar e construir pequenos 'navios' de papelão que devem ser capazes de flutuar e carregar a maior quantidade de 'carga' (porcas ou parafusos) sem afundar. Eles deverão aplicar os conceitos de empuxo e densidade para otimizar o design de seus navios.

- Instruções:

• Dividir a sala em grupos de até 5 alunos.

• Fornecer materiais: folhas de papelão, tesouras, fita adesiva, marcadores e 'cargas' (porcas ou parafusos).

• Cada grupo projeta e constrói um 'navio' de papelão, considerando como maximizar a flutuabilidade e a capacidade de carga.

• Testar os navios em um recipiente com água, adicionando gradualmente as cargas até que o navio não flutue mais.

• Registrar os designs utilizados, as cargas suportadas e as observações sobre o processo.

Atividade 3 - Corrida de Barcos

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Explorar os princípios de empuxo, densidade e flutuabilidade através da construção e teste de barcos, incentivando a experimentação e a aplicação prática dos conceitos teóricos.

- Descrição: Nesta atividade, os alunos irão construir pequenos barcos de plástico e competir para ver qual deles é capaz de sustentar mais peso antes de afundar. Eles usarão materiais como palitos de sorvete, papel alumínio, cola e pesos.

- Instruções:

• Dividir a classe em grupos de até 5 alunos.

• Distribuir os materiais: palitos de sorvete, papel alumínio, cola, pequenos pesos e um recipiente grande com água.

• Cada grupo deve construir um barco usando os materiais fornecidos, tentando maximizar a flutuabilidade.

• Após a construção, os grupos testam seus barcos, adicionando pesos até que o barco afunde.

• Registrar o peso máximo que cada barco suportou e discutir as estratégias de design mais eficazes.

Retorno

Duração: (15 - 20 minutos)

A finalidade desta etapa de retorno é consolidar o aprendizado, permitindo que os alunos articulem o que descobriram e reflitam sobre a aplicação prática do empuxo. Através da discussão em grupo, os estudantes têm a oportunidade de verbalizar e compartilhar seu entendimento, o que reforça a aprendizagem colaborativa e mútua. Este momento também serve para o professor avaliar a eficácia das atividades e o nível de compreensão dos alunos, ajustando o ensino conforme necessário.

Discussão em Grupo

Ao final das atividades práticas, reúna todos os alunos para uma discussão em grupo. Comece pedindo a cada grupo que compartilhe os resultados de suas experiências e o que aprenderam sobre o empuxo. Encoraje os alunos a discutir as diferenças observadas entre os objetos e suas expectativas iniciais. Incentive-os a fazer conexões com situações do cotidiano onde o empuxo é aplicável, como na engenharia de navios ou na flutuabilidade de objetos no mar. Utilize esta oportunidade para esclarecer dúvidas e reforçar conceitos importantes.

Perguntas Chave

1. Quais foram as principais observações feitas durante as atividades e como elas se relacionam com o conceito de empuxo?

2. Como a densidade dos objetos influenciou seu comportamento quando submersos na água?

3. De que forma vocês poderiam aplicar o que aprenderam hoje em situações reais ou problemas de engenharia?

Conclusão

Duração: (5 - 10 minutos)

A finalidade desta etapa de conclusão é consolidar o conhecimento adquirido durante a aula, garantindo que os alunos possam vincular teoria e prática de forma clara e compreensível. Além disso, busca-se reforçar a relevância do estudo do empuxo no cotidiano e em áreas profissionais, estimulando os estudantes a valorizar e aplicar o que aprenderam. Esta reflexão final ajuda a encerrar a aula com uma compreensão completa dos conceitos e suas implicações.

Resumo

Nesta etapa final, o professor recapitula os principais pontos abordados sobre o empuxo, enfatizando o princípio de Arquimedes e a relação entre a densidade de um objeto e sua capacidade de flutuar. Revisita-se também as atividades práticas realizadas, destacando as observações e conclusões de cada grupo.

Conexão com a Teoria

A aula de hoje foi estruturada para conectar a teoria do empuxo com práticas experimentais e situações do dia a dia, como a flutuabilidade de navios e objetos submersos. Esta abordagem ajudou a solidificar o entendimento dos alunos, mostrando a aplicabilidade direta dos conceitos teóricos em contextos reais e práticos.

Fechamento

Por fim, o professor ressalta a importância do estudo da hidrostática e do empuxo, não apenas como parte do currículo acadêmico, mas como conhecimentos fundamentais para diversas aplicações na engenharia, na física e em muitas situações cotidianas que envolvem o uso de fluidos. Esta compreensão não apenas enriquece o aprendizado dos alunos mas também os prepara para compreender e enfrentar desafios práticos no futuro.