3) O Aspirador

Ao Nível de Conhecimento: Definir o que é um Pressão Atmosférica; 

Ao Nível de Solução de Problemas: Inferir e Debater sobre a influência da pressão atmosférica em máquinas e nosso dia a dia; 

Ao Nível de Aplicação: Montar e Operar um Aspirador com hélice totalmente funcional; 

Competências da Base Nacional Curricular Comum (BNCC) Utilizadas

Esse projeto pode ser conectado com um Plano de Aula de Ciências sobre “Separação de Misturas”. Clique-aqui para visualizá-lo.

Esta aula compõe os pilares de Letramento Tecnológico e Letramento Científico da metodologia Flylab da Barco Voador.

Tempo sugerido: 15 minutos

Orientações: Inicie a aula perguntando se eles sabem que nós vivemos dentro de um “Oceano” (de preferência mostrando a imagem acima). Instigue perguntando como seria esse oceano. Explique que na verdade nós vivemos no fundo de um oceano de ar. Existem partículas de ar em todos os lugares, e quanto mais próximo ao “chão”, mais delas existem. Da mesma maneira como a pressão da água é causada por seu próprio peso, a pressão atmosférica é causada pelo peso do próprio ar. Estamos tão adaptados ao ar totalmente invisível que não o sentimos e às vezes esquecemos que ele também tem peso. Talvez um peixe “se esqueça” do peso da água, da mesma maneira.

Discuta com a turma:

• Onde tem mais pressão (no alpinista lá em cima, ou na alpinista aqui em baixo)? (Alpinista lá em baixo sofre mais pressão) 
• Por que? (Lá em cima, a gravidade é menor, e as partículas ficam mais afastadas uma das outras, tornando o ar mais difícil de respirar, aqui em baixo é o contrário)

Tempo sugerido:  25 minutos

Orientações: Faça grupos de 4-5 alunos. Distribua uma cópia da ficha de observação da experiência para cada aluno. Enquanto os alunos fazem a primeira parte do roteiro, distribua os materiais: um copo, um canudo para cada aluno e uma tesoura para cada grupo. A medida que você for entregando os copos, encha-os com o líquido bebível escolhido (água, suco, etc). Peça aos alunos para conferirem os materiais e diga que já podem seguir os próximos passos do roteiro. Avise o tempo que ainda resta para realizarem o experimento e responderem o roteiro: “vocês terão 8 minutos”, por exemplo. Ande pela sala verificando se as etapas do roteiro estão sendo seguidas.

Deixe que os alunos elaborem hipóteses acerca do ocorrido. Após isso, explique nesse movimento de entrada e saída de ar existe uma diferença de pressão. A pressão de fora do canudo é igual a pressão atmosférica e a pressão interna é menor, causando um efeito de sucção.

Na verdade, a gente não ‘puxa’ o líquido, a gente puxa o ar de dentro do canudo, o que diminui a pressão dentro do canudo. A pressão atmosférica fica maior na superfície do líquido do que dentro do canudo. Então o líquido é empurrado pela pressão atmosférica para dentro do canudo e da sua boca, que também está com uma pressão menor. Quando cortamos o canudo na parte que fica dentro do líquido, tudo funciona como descrito. Mas quando cortamos acima do nível do líquido, ao puxarmos o ar, a pressão do canudo não muda, pois ele continua cheio de ar. Nesse caso a pressão atmosférica não é forte o bastante para empurrar o líquido até sua boca”

Pergunte a eles se seria possível construir uma máquina que pudesse mudar a pressão do ambiente, e como ela seria.

Materiais Necessários: Lápis/caneta, ficha de observação (1 p/ aluno), Copinho descartável c/ um pouco de água (1 p/ aluno), Canudo de plásticos (1 p/ aluno), 1 tesoura sem ponta (1 p/ grupo).

Tempo sugerido: 50 a 100 minutos

Orientações: 

Antes da aula, reveja o vídeo acima de montagem, e as instruções impressas também junto aos projetos. É importante ter todos os passos memorizados, e já se antecipar a possíveis dificuldades que os grupos terão ao decorrer da montagem.

Comente com os alunos que hoje iremos construir a nossa máquina que pode manipular a pressão, e apresente “O Aspirador“. Diga que será a oportunidade de colocar a mão na massa, e construir nosso próprio protótipo da tecnologia. Lembre as crianças da importância de se aprender fazendo e construindo projetos.

Divida as crianças em grupos de 3 ou 4 alunos. Peça para que tirem todos os itens das caixinhas, e coloque sobre a mesa de trabalho. Aproveite este momento para estimular a curiosidade das crianças, passando peça por peça, e perguntando a eles se têm ideia o que cada uma é, e onde irá se encaixar no projeto. Após analisar todas as peças, peça para eles tentarem montar, da própria cabeça, como ficaria a máquina.

Você irá reparar que eles terão dificuldade, em sua maioria, para imaginar como seria a máquina, sem a instruções. Aproveite para comentar como é importante a gente sempre seguir instruções precisamente, e é assim que robôs e computadores “pensam”, eles seguem muito bem instruções. Neste momento oriente-os a abrirem o manual de instruções, e começarem a seguir o passo a passo até completarem.

Discuta com a turma:

• Como o Aspirador manipula a Pressão?
• Como ele é diferente ou igual ao canudo? (a diferença é que o aspirador usa a hélice para criar a diferença de pressão e o canudo usa a nossa boca)

Comente que a “bomba” de um aspirador de pó é simplesmente um ventilador de alta rotação. A hélice é o aparato mais comum dos sistemas propulsivos existentes, e em geral, o mais eficiente. Ele deve ser corretamente projetado de maneira que traga a maior eficiência possível ao sistema. Assim como no canudinho, nesse movimento de entrada e saída de ar existe uma diferença de pressão. A pressão de fora do aparelho é igual a pressão atmosférica e a pressão interna é menor, causando um efeito de sucção.

O aspirador de pó possui um ventilador potente. Quando você liga o aspirador de pó, tem um ventilador que força o ar dentro do aparelho a sair por uma porta de saída. Você já pode ter reparado que tem uma parte, geralmente atrás do eletrodoméstico, em que sai um arzinho.

Só que, ao empurrar o ar pra fora pela porta de saída, ele acaba puxando mais ar pela única parte em que ele pode entrar: o cano! Só que a sujeira vai entrar junto e você vai fazer sua limpeza assim.

Existem vários modelos de hélices que variam no formato, nos perfis aerodinâmicos usados, no número de pás, etc. Acoplados ao motor são o sistema que produz a força necessária para realizar o movimento.

Os motores fazem as hélices girar, mas existem outros movimentos giratórios no nosso cotidiano, como por exemplo a máquina de lavar.

Ao final, não deixe os alunos terminarem sem customizarem seus projetos. Peça para que levem canetinhas, lápis de cor e outros itens. Estimule eles a desmontarem, colorir/pintar o projeto, e remontá-lo.

Dicas: Evite passar o vídeo instrucional, ele é para uso do professor. A ideia é estimular os alunos, em grupo, acharem a solução de montagem sozinhos e com o passo a passo. No momento da montagem passe de mesa em mesa, tirando dúvidas. Abuse de feedbacks positivos a cada parte do projeto montado, para estimular os alunos. Caso tenha problemas de relacionamentos em algum grupo, oriente que cada um no grupo pode ter uma função específica (por exemplo: ler as instruções, pegar as peças, montar, parafusar, colorir..)

Materiais Necessários: Chaves de fenda, lápis de cor, canetinhas, tintas e etc.

Tempo sugerido: 15 minutos

Orientações: Permita que compartilhem seus aprendizados e dificuldades em montarem o projeto em grupo. 

Lembre o conceito de pressão atmosférica:  Entre os vários elementos do tempo (pressão, temperatura, umidade, precipitação, ventos,…) a pressão é a menos perceptível fisicamente. Mas simplificando para os alunos, ela é basicamente a pressão que as moléculas do ar exercem sobre nós e outros objetos. 

Nós podemos construir máquinas que tentam “manipular” a pressão, para inspirar ou expirar coisas (como o nosso pulmão!):

Inspiração = menor pressão interna o ar entra;

Expiração = maior pressão interna o ar sai.

Um exemplo curioso dessa dinâmica é a experiência do ovo na garrafa, como no vídeo abaixo:

Finalize a aula dizendo que outro efeito da variação na pressão atmosférica é na temperatura de fusão e vaporização das substâncias, como a água, por exemplo, que ferve a 100oC ao nível do mar e a 72oC no monte Everest. Isso acontece porque, com menos pressão para forçar as moléculas a ficarem juntas, fica mais fácil separá-las para se tornarem gás.