Sobre este plano
Este slide não deve ser apresentado para os alunos, ele apenas resume o conteúdo da aula para que você, professor, possa se planejar.
Esta aula pode ser dada após os alunos já terem adquiridos conhecimentos sobre máquinas simples, apresentadas na unidade CIE7_01ME, e/ou hidrostática.
Você também pode usar essa aula como ponto de partida para introduzir os conceitos de hidrostática, em especial o “Princípio de Pascal”. Também observará que a habilidade não será contemplada em sua totalidade, pois questões relacionadas à empuxo e os “Princípios de Arquimedes” não são discutidos nesta unidade.
Essa aula pode ser dividida em outras duas aulas: (i) a situação-problema é abordada e possíveis soluções são discutidas, como o uso de um sistema de alavancas, roldanas e polias, e, (ii) elaboração e montagem da pinça, seguido do teste no braço hidráulico (veja em Materiais necessários o manual que mostra como montar um braço articulado). Por fim, o elevador hidráulico é apresentado à turma, que discutirá o funcionamento, ao ponto de notarem a relação entre o funcionamento da pinça com o elevador, até chegarem ao “Princípio de Pascal”.
Materiais necessários para a aula: papelão, mangueiras do tipo tripa de mico ou mangueira de aquário, seringas de 10 e 20 mL, tesoura ou estilete, sucatas, palitos de churrasco, enforca-gatos, braço articulado em 3 pontos.
Caso você não tenha um braço articulado, esse plano de aula traz um manual de montagem de um braço hidráulico. Este deve ser previamente montado antes da aula (disponível aqui).
Título da aula
Tempo sugerido: 2 minutos
Orientações: Leia o tema da aula e comente com os alunos que eles irão discutir sobre uma forma específica de dispositivo mecânico, e que eles serão encarregados de se organizarem, projetarem e construírem uma máquina mecânica diferente das já discutidas. Pergunte se seus alunos se recordam de alguma máquina ou equipamento mecânico já estudado. As respostas estarão relacionadas aos equipamentos e máquinas já estudados, como: motor, alavanca, roldanas ou polias acopladas.
Contexto
Tempo sugerido: 7 minutos
Orientações: Organize os alunos em trios. Em seguida, pergunte como eles imaginam que o trem pode ser removido do local sem que ocorra qualquer avaria, tanto na carga como na carcaça. Permita que eles discutam dentro do próprio grupo. Peça que eles anotem as soluções imaginadas. Perceba que algumas sugestões podem sair completamente do foco dessa aula, eles podem sugerir: envolver o trem em uma rede e conectar essa rede à um balão, que ao ser enchido removerá o trem do trilho. Caso isso aconteça, questione sobre a presença de árvores no local e o risco de incêndio, como também o controle para onde o trem será levado.
Questão disparadora
Tempo sugerido: 2 minutos
Orientações: Reunidos em grupos de 6 alunos, diga para eles imaginarem que são os engenheiros responsáveis pelo projeto de uma máquina que deve ser adaptada a uma escavadeira. Leia, então, a questão disparadora. Deixe que os alunos compartilhem suas opiniões sobre o tema e levantem hipóteses sobre quais seriam os melhores critérios para montar esse equipamento. Não se preocupe em responder os questionamentos deles, mas em estimulá-los a pensar sobre o tema. Caso algum aluno questione o que é uma escavadeira, mostre o slide anterior, indique a escavadeira na imagem.
Mão na massa
Tempo sugerido: 30 minutos
Orientações: Distribua folhas sulfites ou permita que os alunos desenhem em uma folha de caderno. Esse desenho será o projeto da pinça e deverá ser discutido com o grupo adjacente, no momento oportuno. Aproveite a imagem da escavadeira para mostrar aos alunos um exemplo de uma máquina hidráulica. Chame a atenção para o ponto onde será colocada a pinça, no lugar desse baú de cor preto. Pergunte se eles já imaginaram como um braço desse funciona e o que o termo “hidráulica” lembra. É provável que algum aluno responda que hidraulica lembra água, então aproveite para relembrar as propriedades da matéria, como compressibilidade, que já devem ter sido abordadas em anos anteriores e, se necessário, devem ser recordadas. Retome que os sólidos são incompressíveis (pouco compressíveis) e apresentam formato próprio, os líquidos são incompressíveis e tomam o formato do recipiente que ocupam, já os gases são compressíveis e ocupam todo o volume do recipiente que estão confinados. Faça-os refletir sobre essas propriedades e a aplicação no exemplo exposto. Neste momento, peça para que eles observem o braço hidráulico, aponte para o pistão presente no braço da escavadeira (tubo negro, contendo um tubo metálico) e peça para imaginarem como esse sistema funciona.
Mão na massa
Orientações: Após imaginarem como o braço da escavadeira funciona, mostre esse slide. Peça que façam uma tabela como essa no caderno. Na coluna intitulada “Escavadeira” peça que anotem tudo que imaginaram sobre o funcionamento desse equipamento. Já na coluna “Experimento”, peça para testarem o sistema composto pelas duas seringas (observe que apenas uma delas contém água) e anotem o que observaram. Na linha conclusão eles devem preencher fazendo uma relação com o modo de operação da escavadeira com o do sistema de seringas. Neste momento peça que projetem uma pinça hidráulica, e para isso as seringas devem fazer parte do projeto.
Após realizarem o desenho e discutirem sobre a melhor opção, cada grupo será responsável pela montagem da sua própria pinça. Permita que cada grupo teste a sua pinça e observe a facilidade de operação e funcionalidade do sistema, como também proponha uma explicação para o modo de funcionamento desse equipamento. Você pode permitir que cada grupo acople a pinça projetada no braço articulado que ele mesmo construiu, usando fita adesiva. Peça que os alunos testem suas pinças e apresentem para a classe toda.
Sugestão: você pode considerar a possibilidade de cada grupo fazer a montagem completa do braço hidráulico. Neste caso, o plano deverá ser realizado em 2 ou 3 aulas ou a montagem do braço ser considerada uma atividade extra classe, e o manual de montagem do braço articulado ser distribuído para os grupos. Se for esta a sua escolha, peça para que cada grupo traga para a escola o braço montado em casa para que todo o projeto possa ser testado e avaliado (o braço articulado + a pinça projetada em aula). Seja qual for a sua escolha, o aluno deve ser estimulado a criar um equipamento e avaliar o modo de funcionamento das máquinas hidráulicas, percebendo de forma intuitiva o “Princípio de Pascal”.
Sistematização
Tempo sugerido: 9 minutos
Orientações: Ainda organizados em grupos, mostre o braço hidráulico em funcionamento. Para isso, utilize o braço que você (ou os alunos) montou e a pinça hidráulica projetada por eles. Ice e movimente alguns objetos (um trenzinho ou carrinho de brinquedo, uma borracha ou um apontador, por exemplo). Finalize a aula apresentando e explicando como funciona o elevador hidráulico, muito comum em postos de gasolina (o elevador que levanta o carro para a troca de óleo). Explore a ilustração que mostra a pressão sendo feita de um lado do “tubo em U” sendo transmitida por todo o líquido e levantando o carro na outra ponta, como no caso dos testes realizados com as duas seringas conectadas com uma mangueira. Peça, então, que coletivamente a turma complete a frase apresentada.
A resposta deve se aproximar de algo como: “...a pressão exercida em um líquido é transmitida igualmente por todo o líquido” (o Princípio de Pascal). Reforce que sem esse tipo de equipamento não seria possível movimentar grandes cargas, como um trem, com menor esforço do operador. Se possível, peça para que os alunos discutam sobre a dificuldade que teriam ao mover o trem sem o uso da hidráulica.
