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Plano de Aula

Atividades físicas realizadas dentro e fora da água

Planeta Sustentável

Conteúdo relacionado

Este plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:

Objetivos
Comparar os esforços necessários para realizar uma atividade dentro e fora da água;
Entender os conceitos de empuxo e troca de calor;
Aplicar esses conceitos na resolução de problemas.

Conteúdos
Empuxo; troca de calor.

Tempo estimado
Duas aulas.

Introdução
Em tempos de verão, nada melhor que aproveitar o poder refrescante da água. E se pudermos nos exercitar, também, é ainda melhor! Aproveite o guia de VEJA sobre exercícios aquáticos para discutir com os alunos as diferenças entre atividades físicas realizados no solo e na água. Explique a eles os conceitos de empuxo e troca de calor.

Desenvolvimento

1ª aula
Inicie a aula perguntando à turma se eles acham melhor se exercitar na água ou no solo. Aguarde as respostas e anote-as no quadro. Pergunte então se seria possível transferir alguns esportes terrestres para o meio aquático. Questione a turma:

- É possível correr ou andar de bicicleta na água?
- É melhor realizar esses exercícios na água ou no solo?
- Em qual meio se consome mais energia?
- O que a turma prefere?

Depois que os alunos responderem, peça que leiam o guia "Na piscina e fora dela", publicado em VEJA. Retome as questões e veja se houve mudanças nas respostas.

Divida a classe em grupos e proponha o seguinte problema:

Problema 1

Na reportagem, Wilmar Villas, gerente técnico da academia Companhia Athletica, em São Paulo afirma: "Quando se está submerso, o peso do corpo sofre uma redução de até 90%". Essa afirmação está correta? Qual o empuxo recebido por uma pessoa quando ela está mergulhada na água realizando os exercícios?

física

Para ajudar os alunos na resolução do problema, proponha que comecem calculando o volume aproximado de um corpo humano. Para tanto, eles devem imaginar o corpo como uma composição de cilindros - pernas, tronco, braços e pescoço - e uma esfera - cabeça. (Veja a imagem ao lado).

Peça que escolham uma pessoa do grupo, meçam as grandezas envolvidas e calculem o volume. Para a medida dos cilindros, há duas opções:

- Medir diretamente o raio:

física

e calcular o volume: física


- Medir o perímetro de cada parte (o que é mais fácil) e depois calcular o volume:

física

No caso da cabeça, eles podem medir a altura e a largura da cabeça de algum aluno do grupo e calcular a média, que servirá de raio para chegar ao volume:

física

Enquanto os alunos realizam a atividade, circule pela classe ajudando-os e esclarecendo as dúvidas. Peça que criem uma tabela nos cadernos e anotem as medidas encontradas. Quando a turma terminar, basta somar os valores encontrados para determinar o volume total.

Feito isso, proponha que a classe adote como parâmetro que o resultado final do volume, em litros, deve ser aproximadamente igual à massa da pessoa que serviu de exemplo para as medidas - já que a densidade média das pessoas é semelhante à da água.

Com isso, a turma pode determinar o empuxo. Peça que usem a equação de Arquimedes E = d.g.V em que:

- E é o empuxo;
- d a densidade;
- g a aceleração da gravidade:
- V o volume do líquido (no caso, a água) deslocado.

Ao final da atividade, a classe deve concluir que a afirmação da revista está correta.

2ª aula
Retome com os alunos a questão do gasto energético em exercícios realizados na água e proponha o seguinte problema:

Problema 2

Supondo que a temperatura do corpo é de 36,5oC e que a temperatura da água de uma piscina é de 23oC, quantas calorias são perdidas pelo corpo humano em uma aula de 45 minutos? Adote que a condutividade térmica da pele é de 0,37 W/m.K e a espessura da dela é de 4 mm.

Se julgar necessário, retome com a turma que o fluxo de calor entre dois meios a temperaturas diferentes separados por um material (no caso, a pele) depende diretamente da superfície de contato entre eles (quanto maior a superfície, maior o fluxo de calor) e da diferença de temperatura (quanto maior a diferença, maior o fluxo de calor). Além disso, o fluxo depende indiretamente da distancia entre esses meios (no caso, a espessura da pele).

O fluxo de calor, então, pode ser calculado pela equação

física em que:

-física é o fluxo de calor,
- k é a condutividade térmica do material que separa os dois meios (0,09 cal/s.m.K - já transformando joules em calorias)
-física é a diferença de temperatura entre os dois meios (36,5 - 23,0 = 13,5)
- L é a distância entre eles (4.10-3m)
- A é a superfície de contato entre os meios.

Explique aos alunos que, neste caso, o que interessa é a área (superfície) do corpo humano e não mais o seu volume. É preciso, então, calcular a medida dessa superfície com base nos dados coletados na aula anterior. Lembre a turma de que a parede dos cilindros é um retângulo cuja área será o perímetro multiplicado pela altura, somado com a área da base de cada cilindro

física

Como a cabeça permanece fora d´água, não precisa ser considerada.

Alerte a turma para tomar cuidado com as unidades - a superfície final do corpo deve ser convertida em metros.

Finalmente, como o fluxo será calculado em cal/s, basta multiplicá-lo por 45 minutos (convertidos para 2700 segundos) para obter a quantidade de energia desprendida no processo. Circule pela classe durante a atividade discutindo os resultados parciais.

Quando os grupos terminarem, peça que anotem no quadro os resultados encontrados. Discuta com a turma as semelhanças e eventuais diferenças nas respostas. Questione a classe sobre os fatores responsáveis pelas diferenças.

Encerre a aula retomando os principais conceitos aprendidos. Mostre aos alunos que, quanto maior a diferença de temperatura do corpo para o meio externo (ar ou água), maior será a perda de calor.

Avaliação
Na avaliação, compare os conhecimentos iniciais dos alunos com os saberes adquiridos ao final da atividade. Considere também a qualidade das discussões e do registro dos indivíduos no caderno, a organização e a colaboração nas atividades.

Consultoria Gustavo Issac Kilner
professor de Física do Colégio Santa Cruz, de São Paulo

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