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Licenciatura em Física – Aula
Experimental
Soraia Oliveira
Ricardo Agostinho
Eduardo Willey
Kleber Mulero
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Formulário de Plano de Aula
Disciplina: Curso de Física
Assunto/Tema: Aula Experimental do Canhão de Ar
Objetivo:
Capacitar o aluno para resolver problemas do cotidiano com técnicas a fim de
desenvolver o conhecimento sistematizado, construir no discente o espírito de
investigação e iniciativa com pensamento lógico, pois, o estudante adquire a
concepção espontânea no dia a dia, na interação com os diversos objetos no
seu espaço de convivência, os quais, na escola, fazem-se presentes ao iniciar
o processo de ensino-aprendizagem. Por sua vez, a concepção científica
envolve um saber socialmente construído e sistematizado, que requer
metodologias específicas para ser transmitido no ambiente escolar.
Conteúdo:
Será trabalhado um conhecimento prévioUtilização de materiais alternativos e
de baixo custo, construção e demonstração dos experimentos. Demonstrar
através do experimento o deslocamento de massas de ar. Demonstrar que o ar
tem massa e “peso”. Demonstrar o volume de ar deslocado pelo canhão.
Calcular a velocidade do deslocamento de ar.
Procedimentos Metodológicos:
Desenvolvimento da aula com apresentação em Power point
Construção de experimento
Os alunos deverão elaborar os cálculos relacionados ao experimento
Material Didático:
Balde
Bexiga gigante para tampar a boca do balde
Fita adesiva larga
Copos de isopor descartáveis
Tesoura
Estilete
Gelo seco para observação dos vórtices de ar (opcional, pois poderá ser
utilizado uma máquina de fumaça)
Livros didáticos, cadernos
Avaliação:
Participação na aula;
Observação dos desenhos e,
Experimento produzido a partir de material de baixo custo.
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Trabalho - Canhão de Ar
Para fazer o canhão de ar (também conhecido como canhão de vórtice ou
“vortex cannon”) e brincar de tiro ao alvo são necessários os seguintes
materiais:
Balde
Borracha de bexiga gigante para tampar a boca do balde
Fita adesiva larga
Copos de isopor descartáveis
Tesoura
Estilete
Gelo seco (opcional)
Para colocar o gelo seco, pode-se fazer uma caixa que caiba um recipiente
dentro com o gelo seco e esse recipiente deve possuir um cano ligado no balde
para transferir a fumaça do gelo para dentro do balde continuamente, mas
também pode ser utilizado uma máquina de fumaçã específica para esse fim.
Explicação
O plástico forma uma membrana sobre a qual nós damos pancadas, ou seja,
exercemos uma força sobre uma área resultando em pressão, mas no nosso
caso, vamos usar uma bexiga gigante para tapar a boca do balde com a
finalidade de puxar a borracha da bexiga e causar um impacto maior ao
exercer a força necessária para criar uma massa de ar em uma velocidade
maior.
A pancada dada na membrana põe em movimento o ar dentro do balde. A
únida saída de ar possível é através do furo que foi feito com o estilete no
fundo do balde.
Como a área da seção reta do furo é muito menor que a área da seção reta da
“boca” do balde (onde está a membrana), a pressão inicial exercida sobre a
membrana intensifica-se.
Lembre-se,
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 =
𝐹𝑜𝑟ç𝑎
Á𝑟𝑒𝑎
A força inicial aplicada sobre a membrana é transferida ao ar que se
movimenta e exerce uma força “igual” na área do furo, é natural que a pressão
de saída seja muito maior.
É tão maior que o ar é expelido de dentro do balde a uma velocidade muito
elevada. Essa velocidade é tão grande que consegue derrubar copinhos
plásticos a uma distância de mais ou menos 5 metros.
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Nessa distância, é como se o ar tivesse viajado em linha reta.
Esse fenômeno não é novo, de uma forma diferente, Robert Boyle já estudava
a relação entre pressão e volume há centenas de anos atrás.
Os físico-químicos de plantão reconhecem a famosa “Lei de Boyle” em ação.
Na lei de Boyle, a uma temperatura T constante, e para um número de mols
fixos, a quantidade de ar dentro do canhão é constante (quando não o
perturbamos com os nossos tapas).
Nessas condições, a relação entre pressão e volume tal qual descrita por Boyle
é:
𝑝. 𝑉 = 𝐾 (𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒)
ou
𝑝 = 𝐾/𝑉
Ou seja, se a pressão do gás dentro do canhão aumentar (por causa da
pancada aplicada na membrana), o volume do mesmo tem que diminuir (e
diminui).
Mas como temos um furo no fundo do canhão, o volume do gás ao invés de
diminuir e continuar dentro do balde acaba escapando pelo furo.
Um princípio parecido ocorre nos nossos pulmões.
(texto extraído de “Diário de um Químico Digital 3.0”
https://digichem.org/
Acesso em 28/09/2016 às 12:32h)
O fato mais surpreendente do canhão de ar é que há um fluxo de gás que
caminha em linha reta e que é invisível. Na experiência, ele se torna visível
com a ajuda do gelo seco ou fumaça.
Em muitos casos, forma-se uma argola de fumaça em volta desse fluxo de ar.
Isso acontece porque, quando ele causa atrito com o ar que está em volta dele,
forma pequenos redemoinhos em formato circular, formando bonitos vórtices.
O fenômeno é muito semelhante ao que ocorre quando alguém solta argolas
de fumaça após fumar.
Links:
http://www.jacarebanguela.com.br/2012/03/20/canhao-de-ar/
https://www.youtube.com/watch?v=Vk0kCSEUVbc
http://www.manualdomundo.com.br/2012/03/canhao-de-ar-vortex-cannon/
https://www.youtube.com/watch?v=Qp7UgQ4TBkg
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