Vem Fazer Ciências: BNCC

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sexta-feira, 3 de maio de 2019

#3 Série “Ciência na Cozinha” - Forno Solar com Arduino

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Proposta
Prototipar e avaliar a eficiência e eficácia de fornos solares como alternativa sustentável aos fornos convencionais.

Imagem: Forno Solar. Fonte: Wikipedia.org

Objetivos

Promover o desenvolvimento da criatividade, pesquisa, colaboração e resolução de problemas.
Desenvolver a atitude científica (observar; descrever; comparar; formular perguntas, hipóteses e previsões; planejar experimentos; analisar resultados; construir modelos explicativos; interpretar e usar informações científicas; argumentar com evidências; produzir textos no contexto das ciências).
Pesquisar e conhecer diferentes situações socioeconômicas da região em que o estudante vive (escola, bairro, rua, cidade, etc.).
Explorar conceitos e fenômenos associados à termodinâmica (calor; temperatura; sensação térmica; materiais condutores e isolantes; propagação, reflexão e absorção de ondas eletromagnéticas/ infravermelhas).
Investigar possibilidades de energias sustentáveis com aplicações tecnológicas simples e baratas para executar tarefas do dia a dia.Utilizar tecnologias digitais para estudar e controlar características do cozimento com fornos solares.

Descrição
O professor irá propor a investigação e avaliação da produção e uso de fornos que utilizam o sol como fonte de energia térmica como alternativas tecnológicas mais sustentáveis, além de serem de baixo custo. Também é possível discutir aspectos socioeconômicos das comunidades em que os estudantes vivem, levantando uma discussão a partir de dados científicos coletados junto aos moradores (famílias, comerciantes, trabalhadores estudantes, etc.). Destacamos que um projeto como este tem grande potencial de estimular comportamentos e atitudes empreendedoras como identificar problemas, propor e implementar soluções adequadas/viáveis aos problemas identificados.

ESTRUTURA RESUMIDA

Etapa I - Planejamento do Projeto Forno Solar (90 minutos)

Sensibilização inicial sobre formas cozimento.
Pesquisa sobre fontes de energia utilizada para o cozimento de alimentos.
Planejamento de pesquisa com público-alvo selecionado.
Pesquisa sobre funcionamento e construção de fornos solares.

Etapa II - Protótipo de Forno Solar PARTE I (90 minutos)

Finalizar pesquisa sobre funcionamento e construção de fornos solares.
Elaborar desenho esquemático de protótipo (em papel ou software 3D).
Listar recursos necessários para confecção dos protótipos.
Introduzir tecnologia Arduino para aprimorar projeto.

Etapa III - Protótipo de Forno Solar PARTE II (90 minutos)

Confeccionar protótipo de forno solar.
Implementar tecnologia Arduino no forno.
Realizar testes iniciais.

Etapa IV-A - Testar Forno Solar (90 minutos)

Testar protótipo de forno solar.
Coletar dados para análise da eficiência e eficácia.
Pré-analisar e registrar os resultados.

Etapa IV-B - Testar e Avaliar Forno Solar (90 minutos)

Avaliar testes e dados coletados.
Produzir e organizar relatório* do projeto (textos, desenhos, vídeos, fotos, entre outros).
Planejar ações futuras (propor/organizar workshop, planejar novos testes, entre outros).

** NA ÚLTIMA PÁGINA DO DOCUMENTO COMPLETO, DISPONÍVEL NO LINK A SEGUIR, HÁ INDICAÇÕES DE RELAÇÕES COM A BNCC**

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terça-feira, 30 de abril de 2019

##1 Série "BioHacker" - Microscopia de baixo custo (com Celular e WebCam)

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Fonte: João Paulo Mannrich.

Proposta

Introduzir os participantes na cultura Hacker/Maker ao hackearem o mundo microscópico (vivo e não vivo) utilizando uma WebCam.

Objetivos

Promover o desenvolvimento da criatividade, pesquisa, colaboração e resolução de problemas.
Desenvolver a atitude científica (observar; descrever; comparar; formular perguntas, hipóteses e previsões; planejar experimentos; analisar resultados; construir modelos explicativos; interpretar e usar informações científicas; argumentar com evidências; produzir textos no contexto das ciências).
Conhecer os elementos básicos dos microscópios óticos feitos de WebCams (lentes, sensores ccd, lâminas/lamínulas, fonte luminosa, amostras, softwares de captura de imagem).
Compreender técnicas básicas associadas à microscopia óptica/digital.
Investigar características ambientais e ecológicas a partir da análises de Zooplâncton (microrganismos como Paramécios e Rotíferos) e outras amostras selecionadas.

Descrição

O professor irá propor alguns desafios para engajar o estudantes não só na construção e uso do microscópio, mas também para explorar características do mundo submicroscópico a partir da análise de amostras pré-selecionadas e amostras escolhidas pelos estudantes. O projeto envolve a exploração de diversas características científicas/biológicas dos ambientes, além de conhecimentos de tecnologia, engenharia e processos criativos.

ESTRUTURA RESUMIDA

Etapa I - A Amostra Misteriosa (90min)

Identificar Características Físicas de Amostras a Partir de um Desafio.
Construir um Microscópio com Celular.
Explorar Conceitos e Técnicas Iniciais de Microscopia de Baixo Custo.
Criar Protótipo Inicial de Base para o Microscópio.

Etapa II - Hackeando uma WebCam (90min)

Explorar Características da Cultura Hacker aplicadas à Biologia.
Hackear uma WebCam em um Microscópio.
Investigar amostras diversas com o Microscópio Hacker.

Etapa III - Investigando o Mundo Invisível com o Microscópio Hacker (90min)

Explorar Características da Cultura Hacker aplicadas à Biologia.
Hackear uma WebCam em um Microscópio.
Investigar amostras diversas com o Microscópio Hacker.

Etapa Extra - Prototipar um suporte para Microscópios WebCam com Fabricação Digital (90 minutos)

Conhecer e Explorar softwares de modelagem 3D para Fabricação Digital.
Construir protótipos de suporte para Microscópios digitais.
Materializar os projetos (para concretizar esse objetivo será necessário, além de recursos como impressoras 3D e/ou cortadoras a laser, tempo extra. Muito provavelmente 90 minutos não serão suficientes para executar esta etapa).

** NA ÚLTIMA PÁGINA DO DOCUMENTO COMPLETO, DISPONÍVEL NO LINK A SEGUIR,

HÁ INDICAÇÕES DE RELAÇÕES COM A BNCC**

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quinta-feira, 11 de abril de 2019

#1 Série "Ciência na Cozinha" - O Cookie Perfeito

Proposta

Produzir uma receita perfeita de cookies de chocolate.

Objetivos

Promover o desenvolvimento da colaboração, resolução de problemas e negociação.
Desenvolver a atitude científica (observar; descrever; comparar; formular perguntas, hipóteses e previsões; planejar experimentos; analisar resultados; construir modelos explicativos; interpretar e usar informações científicas; argumentar com evidências; produzir textos no contexto das ciências).
Explorar características de materiais e misturas bem como efeitos de temperatura sobre elas.
Investigar características do processo de fermentação química.

Descrição

Os estudantes devem realizar uma pesquisa e determinar uma receita que será usada para produzir os cookies. O professor avalia a receita e verifica se há ingredientes muito “absurdos”. Se os ingredientes forem plausíveis, o professor autoriza os estudantes na produção das receitas. Os materiais serão adquiridos para execução no encontro seguinte. Os estudantes devem anotar com a maior precisão possível todos passos (tempos, quantidades, misturas, ingredientes entre outras características relevantes).
É interessante que as produções dos estudantes possam ser submetidas a uma “avaliação” interna (feita pelos próprios estudantes) ou externa (convidados como pais e outras pessoas), a partir de critérios definidos pelo grupo como (ex.: Sabor - doce, salgado, azedo, amargo, umami; aparência/estrutura - seco, úmido, mole, rígido, crocante, esfarelento, etc.).
Importante: a fim de desenvolver autonomia os estudantes devem ser envolvidos nos processos decisórios de todas as etapas, em um processo constante de negociação entre os pares e entre o professor.

Atividades Experimentais - Sugestões

# Durante a pesquisa solicite que os estudantes pensem e anotem sobre características de cada ingrediente e sobre o papel desempenhado por cada um deles na mistura.
# Com os materiais para produzir a receita em mãos, proponha algumas questões e investigações/testes para que os estudantes observem características deles. Por exemplo:

O que acontece com um ovo quando aquecido? (Endurece, torna-se líquido, evapora, muda de cor, cheiro, sabor, tamanho, etc.)
O que acontece quando aquecemos a manteiga? (Endurece, torna-se líquida, evapora, muda de cor, cheiro, sabor, tamanho, etc.)
O que acontece quando aquecemos uma mistura de trigo e água? (Endurece, torna-se líquida, evapora, muda de cor, cheiro, sabor, tamanho, etc.)
O que acontece quando misturamos bicarbonato de sódio e água (fria e morna)? E quando misturamos bicarbonato de sódio e vinagre? (Endurece, torna-se líquida, evapora, muda de cor, cheiro, sabor, tamanho, etc.)
O que acontece quando misturamos fermento químico em água (fria e morna)? (Endurece, torna-se líquida, evapora, muda de cor, cheiro, sabor, tamanho, etc.)
O que acontece quando aquecemos açúcar? (Endurece, torna-se líquido, evapora, muda de cor, cheiro, sabor, tamanho, etc.)
O que acontece quando aquecemos água? (Endurece, solidifica-se, evapora, muda de cor,
cheiro, sabor, tamanho, etc.)

# Solicite ainda que descrevam detalhadamente suas observações indicando quais as características (físicas, químicas e biológicas) dos objetos/materiais antes de iniciar o experimento e após iniciar o experimento (cor, aparência, aroma, estado físico, composição, formato, entre outros).

# Utilize equipamentos de medida como termômetros e anote as temperaturas em que as mudanças observadas ocorrem.

Dicas

# Nem todos os estudantes precisam fazer as mesmas experiências. Uma opção interessante é montar grupos de 3 estudantes para que realizem diferentes experiências, anotem suas observações e apresente-as aos demais colegas. Assim o tempo será otimizado e todos os grupos poderão saber as características do materiais e misturas.
# Se os estudantes demonstrarem interesse, convide um(a) “especialista em cookies - alguém já tenha feito cookies” - para esclarecer dúvidas dos grupos.
# Não tente “explicar o jeito certo” de fazer um cookie aos estudantes. Deixe-os testar e aprender a partir de seus próprias pesquisas e experimentações.
# Proponha aos estudantes que planejem e executem uma oficina sobre “A Ciência dos Cookies” e convidem outras pessoas para participar (pais, amigos, entre outros).

Para saber mais…

# As proteínas são sequências de aminoácidos. O ovo possui uma composição média de 73,67% de água, 12,50% de proteínas, 12,02% de gorduras e 1,81% de sais minerais. Por conter muita água, ele espirra na hora de fritar. Na clara há uma mistura de proteínas, sendo a albumina a principal. A gema é rica em nutrientes e contém várias proteínas diferentes, além de uma grande quantidade de gordura, o colesterol. Ao aquecermos o ovo a 62ºC o processo de desnaturação das proteínas se inicia. Significa que as proteínas, que possuem estruturas tridimensionais (parecem bolas de linha), perdem essa estrutura, esticam, e emaranham-se com suas vizinhas. Desse modo o ovo começa a tomar uma forma mais sólida, mas ainda bastante “molenga”.

Figura - Esquema de Desnaturação de um Proteína.

Imagem:Souza e Neves (20--?)

Quando a temperatura chega a 100º a água começa a evaporar fazendo com que o ovo endureça ainda mais e comece a ficar “quebradiço”.

# A manteiga é uma emulsão (mistura de dois líquidos imiscíveis - que não se misturam) de água (substância polar) e gordura (substância apolar). Significa que elas não gostam de ficar juntas devido às diferenças de polaridade. A manteiga Inicia seu derretimento a aproximadamente 33ºC. Na medida em que aquece, a água depreende-se e começa a evaporar.

# O PH (escala que mede acidez, neutralidade ou alcalinidade) da água para consumo humano fica entre 6 e 9, sendo que 7 representa o PH neutro, acima de 7 a substância é básica (ou alcalina) e abaixo de 7 a substância é ácida. Substâncias ácidas, como o vinagre, reagem com substâncias básicas, como bicarbonato de sódio, em uma reação de neutralização. A mistura entre o ácido acético presente no vinagre (CH3COOH) e bicarbonato de sódio (NaHCO3) resulta em: CH3COOH + NaHCO3 → CH3COONa + CO2 + H2O. Ou seja, forma um sal (CH3COONa), gás carbônico (CO2) e água (H2O). De modo geral podemos entender que, o bicarbonato de sódio ou o fermento químico (que é feito à base de bicarbonato de sódio), em contato com o ácidos presentes na própria massa em questão, irá liberar gás carbônico (CO2) o que fará com que a massa cresça.

# Entre 140ºC e 165º acontecerão as “Reações de Maillard”. Consiste em uma reação entre aminoácidos (ou proteínas) e açúcares (carboidratos), que se combinam e resultam em uma aparência bronzeada na superfície dos alimentos produzindo um sabor característico.

# Em temperaturas mais altas (que podem iniciar entre 110º e 180º de acordo com o tipo de açúcar) ocorrerá a caramelização, que envolve a degradação de açúcares (quebra das moléculas em função do calor - reação pirolítica) na ausência de aminoácidos ou proteínas, formando sabores doces, amendoados e levemente amargos.

# Um conceito químico diz que “semelhante dissolve semelhante”. Desse modo, ao misturarmos a manteiga e o ovo há uma mistura entre as gorduras de ambas as substâncias.

# A transferência de calor associada ao cozimento de alimentos no forno pode ser entendida em três processos físicos distintos e complementares: convecção, condução e irradiação. O processo de convecção é resultado da diferença de densidade ou pressão do ar no interior do forno. Quando aquecido o ar mais quente fica menos denso e sobe enquanto que o ar mais frio desce, formando uma corrente de convecção e distribuindo o calor no interior do forno. O processo de condução ocorre por contato físico entre materiais que transferem a energia cinética (vibração molecular) recebida pela chama para seus vizinhos. O processo de irradiação ocorre por meio de ondas eletromagnéticas no comprimento de onda do infravermelho, produzido pela própria chama do fogão. Ocorre que o infravermelho, ao atingir a matéria, faz suas moléculas vibrar elevando a temperatura dos objetos.

Sugestão de duração

Dois encontros (se forem de 4h cada) ou três encontros (se forem de 2h cada).

As atividades podem ser divididas em quatro etapas:

Pesquisa de receita e características dos ingredientes.
Execução e registro de experiências com ingredientes.
Confecção da massa, cozimento e e avaliação/análise dos resultados.
Oficina de produção e/ou degustação para convidados (com ou sem análise das receitas por eles).

Importante: a proposta descrita visa mobilizar conhecimentos e práticas científicas a partir de uma situação real/concreta. Trata-se de uma importante mudança em relação à abordagem tradicional escolar que geralmente tem como ponto de partida os conteúdos a serem trabalhados e as atividades são desenvolvidas com fim de ensinar/aprender esses conteúdos. Nossa proposta é lançar mão de ferramentas científicas (conhecimentos e práticas) para entender e resolver situações do mundo da melhor maneira possível.

Relações com a BNCC

Destacamos habilidades específicas presentes na BNCC para cada um dos anos finais do ensino fundamental e para o ensino médio como potenciais de serem desenvolvidas pelos estudantes ao realizarem o projeto. O enfoque e profundidade de abordagem do tema dependerá da necessidade e interesse dos envolvidos (estudantes, professores, instituições, etc.).

6º ano:

(EF06CI01) Classificar como homogênea ou heterogênea a mistura de dois ou mais materiais (água e sal, água e óleo, água e areia etc.).
(EF06CI02) Identificar evidências de transformações químicas a partir do resultado de misturas de materiais que originam produtos diferentes dos que foram misturados (mistura de ingredientes para fazer um bolo, mistura de vinagre com bicarbonato de sódio etc.).

7º ano:

(EF07CI02) Diferenciar temperatura, calor e sensação térmica nas diferentes situações de equilíbrio termodinâmico cotidianas.
(EF07CI03) Utilizar o conhecimento das formas de propagação do calor para justificar a utilização de determinados materiais (condutores e isolantes) na vida cotidiana, explicar o princípio de funcionamento de alguns equipamentos (garrafa térmica, coletor solar etc.) e/ou construir soluções tecnológicas a partir desse conhecimento.
(EF07CI04) Avaliar o papel do equilíbrio termodinâmico para a manutenção da vida na Terra, para o funcionamento de máquinas térmicas e em outras situações cotidianas.
(EF07CI06) Discutir e avaliar mudanças econômicas, culturais e sociais, tanto na vida cotidiana quanto no mundo do trabalho, decorrentes do desenvolvimento de novos materiais e tecnologias (como automação e informatização).

8º ano: não há relações explícitas com habilidades as específicas, mas o projeto está totalmente alinhado com competências científicas e competências gerais das ciências e da BNCC.

9º ano:

(EF09CI01)Investigar as mudanças de estado físico da matéria e explicar essas transformações com base no modelo de constituição submicroscópica.
(EF09CI02) Comparar quantidades de reagentes e produtos envolvidos em transformações químicas, estabelecendo a proporção entre as suas massas.
(EF09CI03) Identificar modelos que descrevem a estrutura da matéria (constituição do átomo e composição de moléculas simples) e reconhecer sua evolução histórica.
(EF09CI06)Classificar as radiações eletromagnéticas por suas frequências, fontes e aplicações, discutindo e avaliando as implicações de seu uso em controle remoto, telefone celular, raio X, forno de micro-ondas, fotocélulas etc.

Ensino Médio:

(EM13CNT101) Analisar e representar as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões em situações cotidianas e processos produtivos que priorizem o uso racional dos recursos naturais.
(EM13CNT301) Construir questões, elaborar hipóteses, previsões e estimativas, empregar instrumentos de medição e representar e interpretar modelos explicativos, dados e/ou resultados experimentais para construir, avaliar e justificar conclusões no enfrentamento de situações-problema sob uma perspectiva científica.
(EM13CNT302) Comunicar, para públicos variados, em diversos contextos, resultados de análises, pesquisas e/ou experimentos – interpretando gráficos, tabelas, símbolos, códigos, sistemas de classificação e equações, elaborando textos e utilizando diferentes mídias e tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC) –, de modo a promover debates em torno de temas científicos e/ou tecnológicos de relevância sociocultural.
(EM13CNT306) Avaliar os riscos envolvidos em atividades cotidianas, aplicando conhecimentos das Ciências da Natureza, para justificar o uso de equipamentos e comportamentos de segurança, visando à integridade física, individual e coletiva, e socioambiental.
(EM13CNT307) Analisar as propriedades específicas dos materiais para avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações (industriais, cotidianas, arquitetônicas ou tecnológicas) e/ou propor soluções seguras e sustentáveis.

quinta-feira, 4 de abril de 2019

Projeto - Buscando Vida em Outros Planetas

(6º ano)

Se você fosse convidado a colaborar com a Agência Espacial Norte-Americana (NASA) em um projeto de busca de vida fora da Terra, e sua equipe fosse responsável por planejar os detalhes da exploração, quais tecnologias seriam necessárias para explorar o espaço, até qual tipo de vida e em qual local do espaço seria mais propício a efetuar buscas, o que você diria? Esta é a proposta deste projeto: elaborar um relatório que possa ser enviado à Agência Espacial Brasileira (AEB) e à NASA indicando suas sugestões a respeito da situação descrita.

Proponha o tema e explore as possibilidades com os estudantes: vocês gostariam de descobrir sobre a existência de vida extraterrestre? Verifique se os estudantes se interessam no tema e que estejam a fim de expor suas opiniões. A partir daí você pode propor um projeto em que os estudantes irão pesquisar sobre o tema e construir suas próprias respostas. Você pode ainda criar subgrupos de trabalho para responder às questões do projeto (por exemplo: equipe de engenharia, equipe biohacker/pesquisa, equipe de planejamento, equipe de comunicação, entre outras necessárias). Ou seja, não é necessário que todos realizem as mesmas atividades e pesquisas. Incentive-os a conversar com os pais (e outros adultos) e outros colegas na escola sobre o assunto. Isso pode ajudá-los a se engajar ainda mais no tema. Ao perceber que há diferentes visões sobre o assunto e que ninguém sabe fornecer uma resposta precisa, os estudantes podem ficar interessados em descobrir mais. Aproveite e proponha alguns novos questionamentos: o que é vida para vocês? O que nós humanos precisamos para viver? Existem formas de vida diferentes da dos humanos? Quais? Que tipo de vida vocês acham que poderia existir fora da Terra? Quais tipos e formas de vida existem na Terra? Em que ambiente elas vivem? Há outros astros no Sistema Solar que possuem características parecidas com a Terra? Quais recursos uma missão de exploração espacial precisaria ter?

Você deve auxiliar a organizar este processo e o própria dinâmica de desenvolvimento do projeto, orientando os estudantes na formação de grupos de trabalho e planejamento de atividades que auxiliam a responder as perguntas, bem como no desenvolvimento de habilidades que permitem chegar a respostas (pesquisas/investigações; construções e testes; apresentações). Estabeleça, junto aos estudantes, um fio condutor para desenvolvimento do trabalho, e o que se pretende com ele ao final. Por exemplo, é possível criar um material (vídeo, cartaz/infográfico, livreto, HQ, artigo, blog, entre outros) para apresentar as conclusões à escola e a outros interessados (como à AEB e NASA).

A partir da problemática apresentada várias atividades podem ser desenvolvidas:

Terrário

Ao concluir, por exemplo, que características gerais de organismos vivos se dá pela sequência nascimento, crescimento, reprodução e morte, é possível investigar qual seria a menor unidade biológica capaz de satisfazer a esta sequência (no caso, uma célula). Para isso é possível elencar vários exemplos de organismos vivos que o grupo conhece que satisfaz essa definição (seres humanos e outros animais; plantas; fungos; protozoários, bactérias, algas, etc.) e compreender sua importância e características, bem como característica dos ambientes em que podem ser encontrados.
Compreender as rochas (conjuntos de minerais) pode ser feito a partir da coleta e seleção de pedras para compor o terrário. Quais são as melhores pedras para isso? Derivadas de rochas ígneas/magmáticas ou sedimentares? Ou melhor, a origem e composição das rochas nos ajuda a escolher as melhores para o terrário? De que forma?
Relações com a BNCC (6o ano): EF06CI01; EF06CI03; EF06CI05; EF06CI11; EF06CI12.

Microscópio com WebCam

É possível observar um Tardígrado, Rotífero, Paramécio, entre outros protozoários e microorganismos com um microscópio feito com webcam e realizar pesquisas associadas a formas de vida e composição de células eucarióticas. Por exemplo, acredita-se que há um mar de sal em uma das luas de Júpiter (Europa). Algum tipo de vida sobreviveria em um mar extremamente salgado? É possível pesquisar e testar com amostras coletadas na região (água espremida de musgo por exemplo).
Ao estudar a composição e funcionamento de microscópios, é possível estabelecer relações entre tipos de lente e comportamento da luz. A distância focal é um cálculo de uma distância ótica do ponto onde os raios de luz convergem para formar uma imagem nítida no plano focal da câmera. A distância focal nos diz o ângulo de visão (quanto da cena será capturado) e a ampliação (quão grandes os elementos individuais serão). Quanto maior for à distância focal, mais estreito o ângulo de visão e maior a ampliação. Quanto menor a distância focal, maior será o ângulo de visão e menor a ampliação. As lentes de webcams são biconvexas e têm de distância focal de 4.0 mm. No caso do olho humano o foco precisa ocorrer na retina, mas, por problemas de formação, desenvolvimento e maus hábitos, isso pode não acontecer, havendo assim necessidade de usar lentes adequadas ao problema identificado
Relações com a BNCC (6o ano): EF06CI05; EF06CI08.

Veículos Espaciais (Foguetes PET)

Um foguete feito com garrafas pet: propelido por uma reação de bicarbonato de sódio e vinagre permite explorar misturas homogêneas e heterogêneas e também características de transformações/reações químicas (no caso produção de água líquida e liberação de um gás - CO2); propelido por pressão de ar e água permite discutir misturas e fases (no caso, a mistura ar-água consiste em um mistura com duas fases - água/líquido e ar/gás), além de ser uma atividade extremamente divertida. Também é possível estudar trajetórias (retilíneas e oblíquas), alcance vertical e horizontal, aerodinâmica, atrito, forças de ação e reação, pressão, escoamento de líquidos (formato mais eficiente da tubeira), entre outros.

Relações com a BNCC (6o ano): EF06CI05; EF06CI08.

Biodigestor Caseiro

A confecção de um biodigestor permite reaproveitar matéria orgânica como fezes e urina de animais na produção de energia (gás de cozinha, energia mecânica/elétrica) e como fertilizante para plantas. Este elementos são importantes em se tratando de sustentabilidade, quesito fundamental em qualquer situação de exploração espacial, especialmente se o desejo for instalar uma base para humanos em algum astro fora do planeta Terra.
Relações com a BNCC (6o ano): EF06CI02.

Filtros, Centrífugas, Destiladores e Decantadores

Explorar formas de obter água potável em outros lugares (por exemplo, acredita-se que em Europa, uma lua de Júpiter, há um mar salgado congelado. Em uma expedição humana a Europa seria necessário obter água líquida potável - como então é possível limpar e dessalinizar a água (separar uma mistura homogênea). Aqui poderia ser prototipado um decantador, filtrador e um destilador para testar seu funcionamento e eficiência.
Relações com a BNCC (6o ano): EF06CI01; EF06CI03.

Eletrólise da Água

É possível obter gás oxigênio a partir da água? Aqui é possível projetar um sistema simples que permite realizar e perceber esse processo (eletrólise). Basicamente, a passagem de corrente elétrica pela água (proveniente de uma bateria 9V por exemplo) resulta na produção de gás oxigênio (O2) e gás hidrogênio (H2). Usando recursos simples é possível separar os dois gases. É possível perceber que a produção de gás hidrogênio é o dobro da produção de gás oxigênio, pela própria natureza química da molécula de H2O que será quebrada pela passagem de corrente elétrica.
Relações com a BNCC (6o ano): EF06CI01; EF06CI02.

DICAS

umas das etapas mais importantes na realização de um projeto é a pesquisa, que deverá ser realizada sempre que for necessário avançar na compreensão ou construção de algo.
TECNOLOGIAS como Arduino (e sensores), Raspberry Pi, Softwares/Aplicativos (AppInventor, Scratch, entre outros), podem ser incorporadas nos projetos para amplificar o seu potencial.

Sugestão de limite para investigar o tema: de 8 até 12 encontros (2 ou 3 meses).

Referências sobre o tema

Terrário (Exemplo A)

Terrário (Exemplo B)

Terrário (Exemplo C)

Microscópio Caseiro com Webcam

Faça Você Mesmo um Microscópio

Imagens Feitas com Microscópio de WebCam

Musgo no Microscópio

Foguetes de Garrafas Pet

Biodigestor Anaeróbio

Biodigestor

Centrífuga DIY

Como funciona uma centrífuga

Destilador Caseiro

Eletrólise da água (Explicação)

Eletrólise da água (experiência 1)

Eletrólise da água (experiência 2)

CARRAPIÇO, Francisco J. N. A Origem da Vida e a sua Evolução. Uma Questão Central no Âmbito da Exobiologia. (2001)

DAMINELI, A. Procura de Vida Fora da Terra.(2010)

MARTINS. Zita. Procura de Vida em Marte: Futuras Missões ao Planeta Vermelho. (2011)

Busca de Vida Fora da Terra (Exposição)

quarta-feira, 3 de abril de 2019

Perdidos na Selva! Gnômon, Pontos Cardeais e Relógio de Sol

(6º ano - Relações com a BNCC - EF06CI13; EF06CI14)

Esta atividade, que envolve pesquisa e construção, visa investigar e construir um modelo explicativo a respeito de fenômenos observados. Para isso é importante questionar aos alunos como eles poderiam convencer alguém sobre os movimentos relativos entre a Terra e o Sol. A construção e investigação sobre o Gnômon e sobre relógio de sol permitem realizar descobertas muito ricas sobre esses fenômenos. Faça uma provocação inicial à turma: mostre os vídeos a seguir: https://youtu.be/pK3Ieytnhyk / https://youtu.be/hPhYFLUudLE . Forneça lanternas e diga para os estudantes tentarem reproduzir o movimento da sombra mostrada nos dois vídeos. Deixe-os explorar as possibilidades, inclusive “inventando’ as formas de realizar as experiências. Solicite que expliquem uns aos outros como é o movimento da lanterna para produzir os efeitos indicados. Uma vez que os grupos chegaram a conclusões, insira mais um questionamento: como podemos saber se é a fonte de luz ou se é o chão que está se movendo para produzir tal efeito? Deixe-os pensar, conversar entre eles e fornecer suas explicações. Essa discussão poderá engajá-los em uma pesquisa mais detalhada sobre o assunto. Em seguida questione os estudantes sobre como seria possível determinar os pontos cardeais (direções Norte, Sul, Leste e Oeste). Converse com eles que determinar a localização das coisas no mundo sempre foi muito importante. Por exemplo, pergunte a eles: imaginem que vocês farão uma viagem à Disney. Como vocês poderiam determinar para qual direção um carro ou um avião deveria ir? Deixe-os apresentar suas ideias. Em seguida diga que existe uma tecnologia muito antiga e muito simples que permite realizar tal feito, e que isso foi fundamental para o desenvolvido das sociedades pelo mundo. Essa tecnologia antiga consiste em uma vara, algumas pedras e um marcador de tempo (por exemplo uma ampulheta ou um relógio). Mostre a imagem de um Gnômom e diga que é possível fazer isso usando esse equipamento.

O Gnômon

Proponha a construção dessa experiência REAL que permite investigar os fenômenos como determinar os pontos cardeais, os movimentos relativos entre a Terra e Sol e as horas durante o dia. Construa um Gnômon na escola com eles. Você precisará encontrar um local ensolarado e que possa enterrar uma vara (de madeira por exemplo). Divida os estudantes em grupos e peça que a cada 30 minutos um grupo posicione uma pedra no local em que a sombra da vara se encontra (faça isso ao longo do dia - converse com outros professores para que dêem continuidade às marcações caso você não possa realizá-las durante os dois períodos do dia). Solicite ainda que os grupos façam uma foto do experimento para registrar as alterações da sombra, tomando cuidado para que saia sempre na mesma posição/enquadramento. Quando as marcações ao longo do dia tiverem sido feitas, junte os estudantes ao redor do experimento (no dia seguinte por exemplo) e analise as marcações discutindo o que aconteceu com a sombra da vara ao longo do dia. Em sala, imprima ou projete as fotografias e analise a variação das sombras. Discuta com os estudantes sobre qual seria o movimento do Sol para ter produzido tal efeito. Ao final do projeto você pode solicitar que os estudantes realizem uma apresentação aos demais sobre sua construção, para que todos possam usufruir do Gnômon e do Relógio de Sol.

Na figura abaixo, o Gnômon está localizado no ponto A, em uma visão superior plana do artefato. Para determinar os pontos cardeais é necessário realizar os seguintes passos:

marca-se o ponto B que corresponde à extremidade da sombra projetada pelo Gnômon em algum horário da manhã.
traça-se uma circunferência centrada no ponto A com raio correspondente ao tamanho da sombra delimitada pelo ponto B (círculo pontilhado).
marca-se o ponto C, quando, no período da tarde, a sombra projetada tocar a circunferência pontilhada. Nesse momento as sombras terão o mesmo comprimento.
a reta que liga os pontos A e D, resultado da intersecção entreas as duas circunferências traçadas, será a direção norte-sul. Para determinar o sentido norte é necessário saber nossa posição em relação aos trópicos. Por exemplo, em relação ao sul do trópico de capricórnio, toda sombra projetada pelo Gnômon estará no sentido sul. Isso porque o movimento aparente do Sol no céu varia entre os trópicos de câncer e de capricórnio. Ou seja, apenas entre os trópicos a sombra projetada pelo Gnômon irá variar de sentido.

A imagem abaixo mostra a sombra de um Gnômon projetada para dois momentos em que elas possuem o mesmo comprimento.

Além de possibilitar a determinação dos pontos cardeais, o Gnômon permite também investigar os movimentos relativos entre Terra e Sol. Com várias informações coletadas a partir de observações é possível confeccionar um relógio de sol. Para construí-lo, é necessário obter informações sobre a latitude do local em que o relógio será construído.

A imagem mais abaixo representa o movimento aparente do Sol ao longo do ano, com destaque para os solstícios e equinócios.

Relógio de Sol

Para confeccionar o relógio de Sol utilizando papel você deve consultar o passo a passo descrito a partir da página 49 do livro Astronáutica e Ciências do Espaço.

Você irá precisar construir o Gnômon (na imagem está representado pelo triângulo retângulo vertical que está sob a linha de 12 horas). No modelo indicado (relógio de sol horizontal) a altura do Gnômon coincide com a latitude do local. A latitude de Florianópolis, por exemplo, é de -27.5969º, o que significa que a altura do triângulo (gnômon) deverá corresponder aproximadamente ao ângulo de 27,6º. Isso porque a posição do sol no céu varia entre as latitudes dos trópicos de câncer e de capricórnio. O ajuste da angulação do triângulo (gnômon) é necessário para compensar variações de latitude do Sol ao longo do ano e produzir uma sombra adequada à região em que o relógio será utilizado.

A marcação das horas também precisa ser ajustada em função da latitude. Elas devem ser calculadas pela seguinte expressão: A = arctTan [ Tan(AR) * sen(latitude local) ]. Para o caso de Florianópolis, teremos:

Hora	Ângulo de Referência (AR)	Cálculo do ângulo ajustado à latitude local de Florianópolis	Ângulos Aproximados (A)*
12	0º	A = arctTan [ Tan(0º)*Sen(-27,6959º)]	0º
11 e 13	15º	A = arctTan [ Tan(15º)*Sen(-27,6959º)]	~7º
10 e 14	30º	A = arctTan [ Tan(30º)*Sen(-27,6959º)]	15º
9 e 15	45º	A = arctTan [ Tan(45º)*Sen(-27,6959º)]	25º
8 e 16	60º	A = arctTan [ Tan(60º)*Sen(-27,6959º)]	39º
7 e 17	75º	A = arctTan [ Tan(60)*Sen(-27,6959)]	60º
6 e 18	90º	Matematicamente o cálculo não existe, mas consideramos 90º	90º

*Arredondamos para facilitar as marcações das linhas correspondente às horas no Relógio de Sol.

A marcação das linhas das horas, nesse caso, se dará a partir da linha das 12 horas, sendo esta, perpendicular à linha horizontal das 6 horas.

Sugestões

Você precisará de um transferidor para marcar os ângulos correspondentes às linhas da hora e também para a confecção do gnômon triangular.
Realize as marcações em folhas de papel e cole-as em cartolina ou papelão.

Ao final, os estudantes devem ser capazes de:

explicar como a sombra de uma vara (gnômon) se modifica ao longo de um dia.
associar a variação da sombra do gnômon com ao movimento de rotação da Terra.
identificar os pontos cardeais utilizando um gnômon.
relacionar a variação anual da sobra de um gnômon com movimento de translação da Terra ao redor do Sol.
perceber que o efeito da latitude sobre a formação da sombra de um gnômon pode ser atribuído à esfericidade da Terra.

Referências sobre o tema

Movimento Aparente do Sol
http://www.casadaciencia.ufrj.br/CienciaParaPoetas/Astronomia/Tuparetama/arqueoastronomia/arquivos/17.html

Estações do Ano e Gnômon
http://www.cdcc.usp.br/cda/aprendendo-basico/estacoes-do-ano/estacoes-do-ano.html

Livro - Astronáutica e Ciências do Espaço
http://www.cdcc.usp.br/cda/atividades/vo/bibliografia/EDIOURO%202012_06_12%20-%20Manual%20de%20Astronomia_AEB%20COM%20isbn.pdf

Artigo - Construção de Relógio de Sol e Astronomia Antiga
https://www.univates.br/ppgece/media/pdf/2016/construcao_do_relogio_de_sol_e_astronomia_antiga.pdf

Construção dos Pontos Cardeais Utilizando um Gnômon
http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=aas_antigo&cod=_indefinidognomon

Transferidor para Imprimir
https://www.ece.k-state.edu/hkn/files/protractor.pdf

Artigo - Sombra de um Gnômon ao Longo de um Ano
http://www.relea.ufscar.br/index.php/relea/article/view/179

Sombra Projetada - Time Lapse
https://www.youtube.com/watch?v=3B7KLstUZbI

Neste vídeo o apresentador mostra um método para encontrar os pontos cardeais com o Gnômon
https://www.youtube.com/watch?v=u3l49zQREcY

Relógio de Sol para ensinar matemática e física de maneira integrada (artigo)
https://revistas.pucsp.br/index.php/emd/article/view/23638

A Matemática dos Relógios de Sol (artigo em inglês)
https://files.eric.ed.gov/fulltext/EJ802706.pdf

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##1 Série "BioHacker" - Microscopia de baixo custo (com Celular e WebCam)

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Projeto - Buscando Vida em Outros Planetas

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Perdidos na Selva! Gnômon, Pontos Cardeais e Relógio de Sol

O Gnômon

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