O PROFESSOR PDE E OS DESAFIOSDA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE

2009

Versão Online ISBN 978-85-8015-054-4Cadernos PDE

VOLU

ME I

A FÍSICA DO CALOR E SUAS RELAÇÕESCOM O NOSSO ORGANISMO

Autor: Ana Maria D' Agosta Barros¹

Orientador: Professor Dr Eduardo Di Mauro²

RESUMO

O estudo das ciências, e de maneira particular da Física, apresenta história e desenvolvimento que permitem compreensão dos fenômenos da natureza e dos avanços que a tecnologia vem sofrendo ao longo dos anos. O educando que detenha esse conhecimento pode ter condições de utilizá-lo em várias situações de vida e obter, também, sua base de formação científica. Com o objetivo de relacionar o estudo da Física e a utilização das tecnologias, privilegiamos o estudo do calor, na Termodinâmica, que é um dos conteúdos estruturantes, com a combustão dos alimentos, da energia por eles fornecida ao nosso organismo humano(calorias), metabolismo, transpiração e radiação. Essa escolha não foi feita ao acaso, mas com o intuito de vincular o desenvolvimento dos conteúdos de Física (energia e suas transformações, quantidade de calor, conversões entre unidades) e o funcionamento do organismo humano, procurando despertar no educando, hábitos mais saudáveis e uma melhoria em qualidade de vida. Foram utilizadas várias metodologias, por exemplo: simulações, experiências virtuais e laboratoriais, exercícios aplicativos, elaboração de tabelas e vídeo. A atividade experimental é um fator relevante para uma melhor compreensão acerca dos fenômenos físicos; a realização de exercícios permitiu ao estudante elaborar hipóteses, encontrar relações entre as grandezas envolvidas, percebendo a teoria da Física; a parte investigativa é primordial pois instiga o estudante a despertar sua curiosidade, analisar e interpretar situações reais; o uso do vídeo permite a fixação, a aproximação e visualização para despertar a curiosidade e aprofundar o assunto, desencadeando a análise, o debate e a pesquisa. Desta maneira, o ensino da Física se torna mais agradável e prazeroso. Nessa perspectiva, o tema do projeto possibilitou a relação entre o conhecimento em Física, e suas relações com outras áreas do conhecimento (Biologia, Educação Física, etc.) e com situações vividas pelos estudantes.

PALAVAS CHAVE: Calor; Caloria; Simulação; Experiência Laboratorial.

¹Especialização em Ensino de Física, licenciatura em Física, professora de Física do Estado do Paraná-Colégio Estadual Presidente Kennedy. Ensino Fundamental e Médio.

²Doutorado em Física da Matéria Condensada pelo IFUSP, Mestre em Física da Matéria Condensada pelo IFUSP, Bacharelado em Física pelo IFUSP, professor da UEL.

1 INTRODUÇÃO

A educação, de uma maneira geral, vem enfrentando muitas dificuldades

quanto a aprendizagem dos educandos. Este artigo relata mudanças, no trabalho

pedagógico, que foram realizadas visando melhorar o rendimento escolar, na

disciplina de Física. Várias metodologias foram aplicadas para ampliar o interesse,

motivação, atenção e envolvimento dos estudantes.

Este artigo faz parte de um estudo mais detalhado sobre o aprendizado de

Física, relacionando-os com o cotidiano dos estudantes, com as outras áreas do

saber científico. Ao longo do desenvolvimento do projeto realizamos atividades de

laboratório, atividades práticas virtuais, leituras científicas. Assistimos e discutimos

trechos de filmes, e utilizamos os recursos tecnológicos disponíveis.

Os recursos tecnológicos estão cada vez mais acessíveis e disponíveis nos

estabelecimentos de ensino, e estão assumindo rapidamente um papel importante

no processo ensino e aprendizagem, trazendo ao ato de estudar uma nova

motivação. Com eles realizamos simulações, experiências virtuais e acessamos

sites para aprofundar os conteúdos.

Nesta perspectiva, este artigo tem como objetivo demonstrar meios que

facilitaram o ensino de Física, além de diminuir as dificuldades de transmitir aos

educandos os conhecimentos científicos, favorecendo assim, a aprendizagem e

tornando as aulas mais produtivas.

Nosso trabalho, “A Física Do Calor E Suas Relações Com O Nosso

Organismo”, abordou o conteúdo Calor, que está presente nas Diretrizes

Curriculares, na segunda Série do Ensino Médio, que tem como conteúdo

estruturante a Termodinâmica. Destacou a importância do estudo do “Calor como

forma de energia necessária à vida”. Envolveu 40 estudantes do mesmo nível de

ensino no segundo semestre de 2010.

O trabalho desenvolve os textos da fundamentação teórica sobre o tema

proposto e dão suporte científico para o entendimento dos conceitos em estudo,

dando aos educandos condições de uma aproximação e compreensão conceitual

consistente, essencial para a sua vida.

As atividades práticas estão indicadas no desenvolvimento da fundamentação

e objetivam desenvolver de forma mais atrativa e contextualizada os conceitos

Físicos , referentes ao estudo do calor abordando situações do cotidiano. Concluída

a parte teórica seguem as atividades de uma forma mais detalhada.

Este artigo encontra-se assim organizado com um estudo sobre o tema

supracitado, com as indicações das atividades, análise e resultados obtidos,

considerações finais e em anexo seguem as atividades com objetivos e

procedimentos.

2 O CALOR COMO FORMA DE ENERGIA NECESSÁRIA À VIDA

2.1 UNIDADES DE MEDIDA DO CALOR

No século XVIII, durante o estudo do Equilíbrio Térmico surgiu a explicação

do “Calórico”, fluido invisível. Como justificativa da troca que existia quando dois

corpos estavam em contato térmico, a quantidade de calor que deixava um corpo

era igual a quantidade que entrava em outro, e concluíram que esse fluxo era uma

substância material física e se conservava.

Essa ideia perdurou durante muito tempo, até que descobriram que o atrito

entre os corpos podia gerar uma quantidade ilimitada de energia térmica.

Até então, o estudo do calor era realizado de uma forma independente do

estudo da energia mecânica, por isso, foi definida a unidade caloria (cal) para o

calor, diferente inicialmente do Joule (J) que era utilizado como unidade de medida

para a energia mecânica. Mais tarde, com a descoberta da conservação da energia,

foi encontrada a relação entre a caloria e o Joule.

O físico inglês, James Joule (1818 – 1889) propôs uma experiência para

definir o Equivalente Mecânico do Calor. Demonstrando que a quantidade de energia

térmica estava relacionada com a energia mecânica e que, a energia térmica não se

conservava. Concluiu, então, que o calor era uma energia e desta forma, se

conservava.

ATIVIDADE 1- Trabalhar os textos da fundamentação durante todo o trabalho.

ATIVIDADE 2- Realizar a experiência virtual de Joule, disponível

< h ttp://www.sc.ehu . es/ sbweb/fisica/estadistica/otros/joule/joule.htm ˃ .

Vimos, através da experiência que a Energia Potencial se transforma em

Energia Cinética, e esta por sua vez, vai se transformando em calor devido ao atrito

e, com isso aumentando a temperatura da água.

E concluímos que, 1 caloria, cujo símbolo é 1cal, representa a quantidade de

calor necessária para aumentar a temperatura de 1 g (um grama) de água de 14,5°C

a 15,5°C, neste caso, para uma variação de 1°C. Pela experiência, obtém-se que:

1 cal – 4,18 J

A relação acima utilizou a caloria (cal) como unidade de medida para o calor

ou energia. Poderia ser utilizada, também, a quilocaloria (kcal).

1 kcal – 1 000 cal

Muitas vezes, os médicos utilizam a “Grande Caloria” (Cal) nas tabelas de

regimes alimentares dos pacientes. Esta notação é comumente encontrada,

também, nos rótulos dos alimentos, que na verdade é a quilocaloria.

1 Cal – 1 kcal – 1 000 cal

Por exemplo, um regime alimentar cuja dieta corresponde a 1 000 Cal/dia,

significa que o paciente deve ingerir 1 000 kcal/dia, que corresponde a 1 000 000

cal/dia.

ATIVIDADE 3- Elaborar cartazes com rótulos ou embalagens de alimentos

industrializados preferidos dos alunos.

2.2 CONSERVAÇÃO DE ENERGIA

A produção de energia para as máquinas e a existência da vida na Terra

dependem da energia fornecida a elas, ou melhor, da conversão de energia em

trabalho.

Motores de automóvel, turbinas de avião, fogões, etc., necessitam de um

combustível para entrarem em funcionamento (gasolina, álcool, óleo diesel,

querosene, GLP (gás liquefeito de petróleo). O ser humano é semelhante a estas

máquinas. A energia necessária para a manutenção e desempenho do corpo

humano é proveniente da reação de queima dos alimentos e do oxigênio retirado da

atmosfera pela respiração. Os alimentos ingeridos serão modificados quimicamente

pelo corpo e transformados em moléculas. No interior das células, as moléculas

reagem com o oxigênio em reações de oxidação, liberando energia necessária à

produção de moléculas de ATP (adenosina trifosfato), que é fonte de energia para o

nosso corpo. Ele utiliza esta energia para manter constante sua temperatura (36,5°C

a 37°C, organismo sadio), pensar, andar, correr, etc..

A conservação da energia pode ser escrita através da equação da 1ª Lei da

Termodinâmica.

∆E = ∆Q - ∆W (1)

Que é aplicada a fenômenos físicos, químicos e biológicos. Relaciona o calor

como uma forma de energia que pode ser convertido em trabalho, onde:

∆E = variação da energia interna armazenada pelo corpo, energia

metabolizada, terá sempre valor negativo.

∆Q = quantidade de calor trocada com o meio ambiente, será considerada

negativa.

∆W = trabalho externo realizado pelo corpo.

Dividindo-se todos os termos da equação pelo intervalo de tempo ∆t, teremos:

∆ E = ∆Q - ∆W (2) ∆t ∆t ∆t

Observamos que, ∆W/∆t é a potência média da realização de trabalho pelo

corpo.

Pmed = ∆W (3) ∆t

Se ∆W = 0, teremos ∆E = ∆Q, significa que mesmo não realizando trabalho, a

energia interna diminui devida a perda de calor para o exterior. Por exemplo, seria a

energia interna perdida para manter a temperatura do corpo e as funções vitais

básicas do organismo.

ATIVIDADE 4- Realizar exercícios envolvendo gasto de energia, trabalho e

potência.

2.3 METABOLISMO

A taxa de metabolismo ou taxa metabólica, TM, é a quantidade de energia

gasta por unidade de tempo para um organismo realizar uma atividade. Muitas

vezes, é denominada taxa de consumo de oxigênio, pois, pode-se fazer o cálculo da

taxa metabólica através da medida da quantidade de oxigênio usada nos processos

oxidantes para se obter energia. A respiração é um processo metabólico onde ocorre

a liberação de energia e formação de ATP.

Quando a temperatura extra corpórea for inferior a 37°C (por volta dos 20°C)

o corpo perde calor para o exterior e sente frio, por outro lado, se a temperatura

estiver num valor acima de 26°C, a perda de calor para o meio externo é muito lento

e o corpo sente calor. A temperatura ideal para o meio ambiente que nos sentimos

bem é em torno de 22°C, chamada de temperatura de conforto térmico

A combustão ou queima, na Física, é um processo que ocorre utilizando o

fogo e há liberação de calor. Esta combustão e as mudanças bruscas que sofrem o

material são estudadas na Química. Na Biologia, esse processo ocorre durante a

digestão dos alimentos no organismo humano. Com essa modificação sofrida pelos

alimentos, eles são transformados em moléculas que reagem com o oxigênio no

interior das células, esse processo é denominado de reações de oxidação, liberando

energia e ATP. É um processo contínuo entre as substâncias nutritivas (carbono,

hidrogênio e o oxigênio do ar que respiramos), liberando, com isto, energia utilizável.

Nosso organismo não consegue utilizar toda energia dos alimentos, apenas

uma parte deles é aproveitada durante a digestão. Uma fração desta energia é

transformada em trabalho, outra é perdida. Essa energia é perdida, pois, ocorrem

combustões inacabadas que serão eliminadas pelo organismo. Aproximadamente

5% da energia da alimentação são eliminadas pelas fezes, urina e gases intestinais,

o valor excedente é armazenado na forma de gordura.

Necessitamos desta energia nos processos vitais, como por exemplo:

respiração, batimentos cardíacos, manter a temperatura corporal, realização de

atividades físicas e intelectuais.

Todas as suas atividades, incluindo o pensamento, envolvem trocas de energia. A conversão de energia em trabalho representa, apenas uma pequena fração de energia total gasta pelo corpo. Mesmo em repouso, o corpo humano continua gastando energia com uma potência da ordem de 10² W, na manutenção do funcionamento dos seus órgãos, tecidos e celulas. Cerca de 25% dessa energia é usada pelo esqueleto e pelo coração, 19% pelo cérebro, 10% pelos rins e 27% pelo fígado e pelo baço (OKUNO; CALDAS; CHOW, 1982, p.15).

Essa energia mínima consumida ocorre quando o organismo está em

repouso, sem fazer absolutamente nada, e é denominada taxa de metabolismo

basal. Em média, se gasta 1 caloria por quilograma do corpo a cada hora.

Temos a tabela 1, abaixo, que relaciona a taxa de utilização de energia e a

atividade física realizada. São apenas, alguns exemplos de uma tabela mais

completa: Gasto calórico da atividade em kcal por hora ou por minuto (calculado

para uma pessoa de 70 kg).

Atividade PotênciaDormindo 60 kcal/horaBeijando 8 kcal/minCaminhada 5,5 kcal/minCorrida 10 kcal/minTrabalho leve em pé 150 kcal/horaEstudar 120 kcal/horaTabela 1: Fonte: ˂ http://bemstar.globo.com/index.php?modulo=gasto_calorico ˃ .

ATIVIDADE 5- Conhecer a quantidade de calorias que você precisa por dia.

Calcular seu gasto energético total, GET através do site

˂ http://www .nutriweb.org.br/n0102/get. htm ˃ .

2.4 FONTES DE ENERGIA

Os profissionais da saúde (médicos, fisioterapeutas, nutricionistas), têm um

profundo interesse sobre o conhecimento da energia liberada pelos alimentos no

organismo, já que uma alimentação inadequada pode levar à muitas doenças

graves, vamos citar apenas as três mais comuns: desnutrição, obesidade e pressão

alta.

Para cada alimento em particular, temos uma reação específica e um

processo de oxidação diferente, liberando certa quantidade de energia em particular.

Por exemplo, para a oxidação de 1 mol de glicose, temos a seguinte reação

de oxidação, onde há uma liberação de 686 kcal de energia, assim:

C6H12O6 + 6O2 oxidação ⇾ 6H2O + 6CO2 + 686kcal.

Alimento(glic) + oxig da respiração oxidação ⇾ água + gás carb+ energia.

1 mol de glicose (C – 12, H – 1, O – 16 = 180 g) reage com 6 mols de O2

(O – 16 = 192 g) produzindo 6 mols de H2O (H – 1, O – 16 = 108 g) e 6 mols

de CO2 (C – 12, O – 16 = 264 g).

• O valor calórico ou energia liberada por grama de glicose é obtida através da

divisão de;

686kcal = 3,81 kcal/g 180g

• Para 1 mol de gás O2 , nas condições normais de temperatura e pressão

(CNTP), que equivale a 22,4 L, observamos pela equação, que são

necessárias 6 moléculas de O2 , então;

686kcal = 5,10 kcal/L6 x 22,4 LO valor obtido é a energia liberada por litro de O2 consumido ou por grama de

substância oxidada.

• O número de litros de O2 por grama de glicose consumido é;6 x 22,4 L = 0,747 L/g

180g

• O número de litros de CO2 por grama de glicose produzidas é;

6 x 22,4 L = 0,747 L/g 180g

• O quociente respiratório R que é a razão entre o número de moléculas de

CO2 produzidas e o número de moléculas de O2 utilizadas é;

R = 1

Podemos utilizar reações de oxidação de outras substâncias, e obter valores

de energias liberadas por grama de substância oxidada (valor calórico) e energia

liberada por litro de O2 consumido.

A tabela 2, relaciona a energia liberada por litro de O2 utilizado e valor

calórico de algumas substâncias. São apenas alguns exemplos de uma tabela mais

completa. Adaptado de Okuno, E; Caldas, I. L.; Chow, C.. Física para Ciências

Biológicas e Biomédicas. São Paulo: Harbra, 1982.

Substância Energia liberada por litro de O2 utilizado

( kcal/L )

Valor calórico( kcal/g )

Glicose 5,1 3,8Carboidratos 5,3 4,1Proteínas 4,3 4,1Gorduras 4,7 9,3Dieta típica 4,8 – 5,0 -

Tabela 2: Fonte: Okuno, E; Caldas, I. L.; Chow, C.. Física para Ciências Biológicas e Biomédicas. São Paulo: Harbra, 1982, p.117.

• A variação de energia interna (∆E) é obtida à partir do consumo de oxigênio.

Se, por exemplo, uma pessoa consumindo 2,5 L de O2 em sua respiração

utilizando uma dieta típica, temos:

2,5 L x 4,9 kcal = 12,3 kcal

O valor obtido corresponde a sua variação de energia interna.

2.5 CÁLCULO DAS CALORIAS DOS ALIMENTOS

Demonstraremos a seguir como os cientistas determinam as calorias dos

alimentos, e que são disponibilizadas em tabelas muito utilizadas por todas as

pessoas:

Como vimos anteriormente pela tabela 2 os Lipídios (gorduras) fornecem

valor calórico de 9,3 kcal/g, carboidratos (CH2O)n, (massas, açúcar) e proteínas

(carnes, ovos) fornecem 4,1 kcal/g e o álcool possui 7 kcal/g. Se por exemplo, um

alimento possuir 12,5 g de carboidratos e 2,5 g de proteína então devemos somar

12,5 g + 2,5 g e multiplicar por 4,1, resulta 15 g x 4,1 = 61,5 kcal e, ainda, possuir 10

g de lipídios devemos multiplicar 10 g por 9,3 kcal/g que resulta 93 kcal .Então, no

cálculo total 61,5 kcal somados com 93 kcal totaliza uma quantidade de calorias de

154,5 kcal para este alimento.

ATIVIDADE 6- Destacar alguns nutrientes existentes em vários alimentos e a

energia absorvida a cada 100g de alimento ingerido. Disponível em:

< h ttp://www.cdof.com .br/ nutri4.htm ˃ .

Devido ao nosso próprio metabolismo, absorvemos quantidades variadas de

energia, ingerindo os mesmos alimentos que outras pessoas ingerem. Estas

pessoas têm o metabolismo “rápido”, “queimam” energia facilmente. A perda de

energia ao realizar as mesma atividades, também, é uma característica pessoal.

Depende da eficiência dos movimentos e do tamanho corporal, músculos queimam

mais energia que tecido adiposo. Para perder 1 kg de tecido adiposo (gordura)

durante uma semana precisamos gastar em torno de 7 800 kcal, o que seria 1 100

kcal por dia, gastos a mais, do que, ingeridos.

ATIVIDADE 7- Verificar o gasto energético para praticar o seu esporte favorito,

através de uma simulação. Disponível em: ˂ http://www.nutriweb.org. br/n0201/

gasto. htm ˃ .

Existem algumas maneiras de se aumentar a taxa metabólica, o mais

adequado a se fazer é uma mudança de hábitos. Praticar atividades físicas, dormir

bem, diminuir a ansiedade, comer menos e várias vezes durante o dia, pois, com o

jejum prolongado o organismo entende que precisa guardar energia e o

metabolismo fica mais lento.

ATIVIDADE 8- Investigar a quantidade de energia fornecida pelos alimentos e

relacionar com a atividade física desenvolvida.

Consumimos em média cerca de 3 500 kcal de alimentos diariamente. Para

perder massa (popularmente denominado, perder peso) é muito comum, optar por

uma dieta de até 1 200 kcal por dia, mas não é o mais recomendado. Essa

quantidade de calorias é menor que a necessidade diária, então, o organismo

entende que, deve poupar energia, diminuindo o metabolismo, ficando assim, difícil

de emagrecer, e depois, mais fácil de recuperar os “quilinhos” perdidos durante a

dieta. Optar por alimentos integrais é uma ótima medida, pois são de difícil digestão

e o gasto calórico, para isso, é maior e este alimento fornece mais nutrientes

(vitaminas, sais minerais, proteínas, etc.) para o organismo. Os médicos

recomendam beber muita água, e, se esta água estiver gelada melhor ainda, pois

nosso corpo necessita aquecer esta água até a temperatura de 36°C e aumenta o

gasto energético.

ATIVIDADE 4- Realizar exercícios sobre dietas “milagrosas”.

2.6 REALIZAÇÃO DE TRABALHO E RESPIRAÇÃO

A forma física de uma pessoa pode ser classificada de acordo com a

absorção máxima de oxigênio por períodos relativamente longos. Uma pessoa em

boa forma física consegue, por longos períodos, absorver até cerca de 50ml de O2

por minuto e por quilograma de sua massa.

É possível melhorar a eficiência dos exercícios físicos através de treinos

específicos para ampliar a capacidade de consumir oxigênio. Segundo Okuno,

Caldas, Chow, (1982, p.119), ciclistas e corredores conseguem ampliar em até 20%

a eficiência do seu corpo.

A eficiência η para a realização de trabalho externo do ser humano é dada

pelo quociente entre o trabalho externo realizado ∆W e a energia consumida pela

realização de trabalho ∆E.

η = ∆W (4) . ∆E

Há trocas de calor, também, por meio da alimentação e respiração do ar que

sai dos pulmões a 36,5°C. Este ar é quente e sobe, o espaço vazio é ocupado por ar

frio que é inspirado pela pessoa. São trocas diretas com o exterior, utilizando a

convecção para tal fenômeno. A seguir, vamos aprofundar o estudo das trocas de

calor e os fatores que interferem nestas trocas.

2.7 TROCAS DE CALOR, ROUPA E TRANSPIRAÇÃO

Outro fator que influencia o metabolismo é o ambiental. Lugares de clima frio

propiciam aos moradores um metabolismo elevado, pois, o gasto de energia é maior

para manter a temperatura constante do organismo. Uma pessoa nua (temperatura

interna de aproximadamente 36,5°C) em repouso, sentada numa cadeira, num

ambiente fechado (temperatura em torno de 21°C) segundo o site

< h ttp://www.portaleducacao.com.br/esporte/artigos/8182/qual-o-melhor-tipo-de-roupa

- pa ra-a-pratica-de-atividade- fisica ˃, perde de 10% a 20% (algo em torno de 15%)

por condução para o ar e, 3% por condução para o solo e cadeira. A condução é um

mecanismo que permite uma troca de calor de um corpo quente para um corpo mais

frio, através do contato entre eles.

A termorregulação através da transpiração e evaporação é responsável pela

redução de 22% do calor, e ocorre quando a secreção da sudorese se evapora

propiciando um resfriamento da pele, diminuindo assim, a temperatura corporal.

A perda de energia de um corpo para o meio, através da convecção, está

relacionada com respiração, como já citamos anteriormente, e também, está

intimamente ligada à área superficial do corpo. Isto é, à diferença entre a

temperatura do corpo e sua vizinhança ou fluído vizinho (ar ou água) e a umidade do

ar. Ocorre, também, quando o sangue leva calor dos músculos para o centro, e

depois, para a pele. Esta energia térmica transferida pode ser representada através

de uma equação e definido um coeficiente convectivo, entretanto, estes

procedimentos se tornam muito complexos. Vamos dar ênfase ao estudo da

radiação, que é uma das formas mais importantes de transferência de energia.

A radiação é o mecanismo de termorregulação responsável pela perda de

60% do calor na frequência do infravermelho. É a emissão e absorção de radiação

eletromagnética e ocorre entre todos os corpos, devido à sua temperatura. Devemos

ressaltar que as moléculas não precisam ter contato para que ocorra essa troca de

calor.

A emissão e absorção de um corpo é dada pela taxa em que ele irradia

energia.

[…] Quando um corpo está em equilíbrio térmico com suas vizinhanças, ele emite e absorve calor à mesma taxa. A taxa em que um corpo irradia energia é proporcional à área do corpo elevada à quarta potência da sua temperatura absoluta (TIPLER; MOSCA, 2006, p.717).

A potência irradiada é representada através da Lei de Stefan – Boltzmann.

Pr = eσAT4 (5)

onde os símbolos e as unidades de medida ficam assim definidos:

Pr - é a potência irradiada, W.

A – área, m2 .

T – temperatura, K.

e – emissividade do objeto, seu valor será explicado posteriormente.

σ - constante universal de Stefan – Boltzmann, σ = 5,6703 x 10-8 W/(m2.K4)

Para corpos opacos, parte da radiação eletromagnética incidente é refletida e

parte é absorvida.

Para objetos em cores claras, a maior parte da radiação incidente é refletida o

que não ocorre em corpos escuros que absorvem a maior parte da radiação visível.

A taxa de absorção fica representada por :

Pr = eσATo 4 (6)

Onde T0, é a temperatura da fonte de radiação.

A temperatura de um corpo sempre diminui quando ele emite mais radiação

que ele absorve. E sua temperatura aumenta quando absorve mais energia do que

emite. Com isso, ele se aquece a uma temperatura T, e o ambiente se esfria a uma

temperatura To. Sua potência líquida irradiada fica representada por:

Pliq = eσA(T4 - To

4) (7)

Para um corpo em equilíbrio térmico com o ambiente, temos, T = To, sendo

que o corpo emite e absorve radiação na mesma taxa.

2.8 RADIAÇÃO DE UM CORPO NEGRO

A emissividade e, do objeto, é uma quantidade fracionária entre 0 e 1,

dependendo da composição superficial do corpo. Para um corpo negro, considerado

um radiador ideal, que absorve toda radiação incidente temos, e = 1.

Todo corpo negro, à mesma temperatura, emite radiação térmica com o

mesmo espectro, ou, espectro térmico de carácter universal.

Para temperaturas inferiores a 600°C, a radiação emitida pela matéria em um

estado condensado (isto é, sólido ou líquido) não é visível, com comprimentos de

onda muito maiores do que a da luz visível, (lembrando que a luz visível é uma

radiação eletromagnética com comprimentos de onda, aproximadamente, entre 400

nm e 700 nm). Quando a temperatura aumenta, a frequência da radiação

eletromagnética é mais intensa e, consequentemente, seu comprimento de onda

diminui. Para valores de temperaturas entre 600 e 700°C, uma parte da energia

irradiada está na faixa do espectro visível,o corpo se aquece muito e emite

coloração vermelho - escuro. Acima de 700°C a coloração pode ficar vermelha

luminosa e até atingir uma cor branca – azulada (“branco incandescente”).

Para uma dada potência máxima o comprimento de onda é inversamente

proporcional à temperatura. Algumas observações muito interessantes são

realizadas por Tipler e Mosca.

Para T = 300K, o pico do espectro do corpo negro está no infravermelho, em comprimentos de ondas muito maiores do que os comprimentos de ondas visíveis aos olhos. Superfícies que não negras aos nossos olhos podem se comportar como corpos negros na emissão e na absorção de radiação infravermelha. Por exemplo, foi detectado experimentalmente que a pele dos seres humanos, de todas as raças, é negra na radiação infravermelha, consequentemente, a emissividade da pele é igual a 1,00 no seu processo de radiação (TIPLER; MOSCA, 2006, p.720).

Isto quer dizer que, pela equação 5 temos uma relação entre a temperatura T

e a potência eletromagnética P irradiada. Podemos obter a temperatura à partir da

medida de sua potência eletromagnética irradiada, ou, obter a potência

eletromagnética irradiada conhecendo sua temperatura. Então, essas duas

grandezas estão relacionadas naquela equação. A temperatura ainda tem relação

direta ao espectro de emissão da radiação eletromagnética. Para o corpo humano, e

= 1 e a temperatura é igual a 36°C aproximadamente 300 K. Com esses dados é

possível determinar seu espectro de emissão da radiação eletromagnética, e o valor

da radiação obtido corresponde à maior parte na região do infravermelho (não

visível).

ATIVIDADE 4- Realizar exercícios envolvendo radiação do corpo negro e pele

humana retirado do livro Tipler e Mosca.

ATIVIDADE 9- Fixar os conteúdos através da realização de atividade

experimental.

Quando a temperatura do ambiente for maior que a temperatura interna de

uma pessoa, o meio irá radiar energia para ela, impedindo a perda de energia do

corpo por radiação e por condução. Quando ela se exercita isto também ocorre.

Desta forma ela deverá acelerar a perda de energia de outra forma para tentar

equilibrar a temperatura corporal. Um solução para isso, é aumentar a evaporação

do suor. Por isso, transpiramos muito nesta situação. Às vezes, mesmo estando

dormindo ocorre a transpiração, para diminuir a temperatura interna.

O suor da pele durante a evaporação necessita de calor, isto é, a água no

estado líquido quando passa para o vapor retira calor do nosso organismo

diminuindo a temperatura corporal, e desta forma, nos sentimos bem. A transpiração

regula a nossa temperatura, que é controlada pelo equilíbrio entre a intensidade da

produção de calor e da perda de calor. O suor é nosso sistema de refrigeração.

O ar seco e a presença do vento facilitam a evaporação, por outro lado, a

desidratação, queimaduras de sol e umidade dificultam a transpiração. Se a

umidade relativa do ar (URA) é alta, ou seja, quando o ar está repleto de água o

suor não consegue evaporar, impedindo, desta forma, o resfriamento corporal e a

perda de calorias. A evaporação de um grama de suor, de acordo com LIMA (apud

GUYTON, 1988) “remove aproximadamente ½ caloria” (0,533 kcal ou 533 cal) de

energia retirada do organismo. Então, a cada 1,5 L (1L) de suor que podem ser

secretados, e totalmente evaporados em condições extremas a cada hora

necessitariam, aproximadamente, de 800 calorias (533 cal) de calor.

A roupa deve facilitar a evaporação do suor. Aquelas estratégias de praticar

esportes com muita roupa, usar plástico em volta da barriga para queimar as

gorduras são práticas totalmente equivocadas. Quanto menos agasalhos (isolantes

térmicos), maior a perda de energia (calor) e, consequentemente, maior será o

emagrecimento ou pelo menos a perda de calor.

Estas roupas devem ser de cores claras para refletir os raios solares. Elas

devem ser livres e folgadas propiciando a circulação do ar entre a pele e o meio

ambiente facilitando a evaporação do suor. Não é recomendado o uso do boné, é

indicado o uso de viseiras, pois o boné dificulta a perda de calor pela cabeça.

O banho não deve ser realizado logo após o esforço físico, pois, a pessoa

continuará suando muito. É interessante esperar um tempo (10 a 15 min), até que as

glândulas sudoríparas retornem à atividade de repouso e o metabolismo caia a

níveis mais baixos.

ATIVIDADE 10- Aprender dicas com o Programa do Fantástico. Pesquisadores

deram dicas sobre uma vida saudável, disponível em Link

Original: ˂ http://fantastico.globo.com/Jornalismo/FANT/0,MUL1388335-15605,00 > FA

NTAS TIC O +ENSINA+COMO+ EMAGRECER+DORMINDO. htm ˃ .

ATIVIDADE 11- Assistir e discutir o filme Super Size Me.Categoria: Vídeo

Título: Super Size Me - A Dieta do Palhaço. Direção: Morgan Spurlock. Produção:

Morgan Spurlock. Duração: 1h e 40 min. Local da Publicação: EUA. Ano: 2004.

Disponível em : Vídeo Locadoras ou endereço da

web:< h ttp://www . cineplayers.com/filme.php?id= 231>.

ATIVIDADE 12- Elaborar um cardápio balanceado.

3 ANÁLISE E RESULTADOS OBTIDOS

Esta proposta didática pedagógica oportunizou, aos educandos, a

compreensão conceitual e relacionou as “calorias” que eles tanto ouvem falar com

os conceitos de calor apresentado nos livros texto.

Durante todo o processo nos preocupamos em dar, aos estudantes,

condições de uma aproximação do conhecimento em Física com a realidade e

compreensão conceitual consistente, essencial para sua vida, objetivando elementos

vivenciais e cotidianos, garantindo sua utilidade e totalidade.

No desenvolvimento dos trabalhos, foi grande o envolvimento dos educandos,

pois, tiveram oportunidade de opinar e participar em várias situações, tornando

dessa maneira o processo ensino aprendizagem mais significativo. As fichas de

tarefas, pesquisas, tabelas, relatórios e avaliações foram todas arquivadas. Foram

mantidas, também folhas com relatos importantes sobre observações realizadas por

eles durante as discussões.

Não foi utilizada nenhuma técnica de análise qualitativa de dados para

observação dos resultados. Apenas todas essas informações foram analisadas à

exaustão, procurando significados importantes ao tema de estudo. Verificamos uma

riqueza de observações com que os jovens mostraram o que haviam feito e gostado

do curso, e não podíamos deixar de citá-las.

Os conteúdos da fundamentação teórica e os exercícios aplicados à teoria

foram reunidos em uma apostila que foi amplamente discutida em sala de aula. O

texto científico permitiu aos estudantes elaborar hipóteses, encontrar relações entre

as grandezas envolvidas, percebendo nelas uma teoria Física e uma aprendizagem

significativa.

Uma estudante concluiu que:

“Este projeto foi ótimo, pois agora com os cálculos que aprendi, sei realizar os

cálculos e descobri que a minha alimentação está em carência de alguns nutrientes,

…, e também com a ajuda da apostila que a professora elaborou.

Na elaboração de um painel com cartazes percebi que os educandos ficaram

um pouco envergonhados de trazer os rótulos de alimentos industrializados, que

costumam consumir em suas casas. Resolvi, também, participar e contribuir com os

grupos com muitas embalagens de minha casa.

Depois de confeccionar os cartazes os grupos apresentaram suas conclusões

para a sala e o fixaram num mural para a exposição dos mesmos. Ainda tiveram a

preocupação de colocar um aviso para que outras pessoas, de outros turnos não

destruíssem o trabalho dos mesmos. Com essa iniciativa, os cartazes

permaneceram no mural até o final do projeto.

Dois estudantes destacaram que:

“... eu gostei do cartaz, porque particularmente não lia as informações

nutricionais dos rótulos.”

“... o cartaz foi bem elaborado, foi interessante deixar a gente fazer, para que

possamos ter ideias sobre o que comemos.”

Foram tranquilas as nossas idas ao laboratório de informática. Não temos

nenhum técnico responsável para nos auxiliar durante esta prática . Apenas duas

vezes tivemos problemas com alunos acessando outros sites. Tínhamos muito

trabalho durante a aula e eles ficaram sem tempo para navegar em sites de

interesse aos jovens.

Os estudantes explicaram:

“... também, na sala de computadores o programa mostrou o peso que

deveríamos ter segundo a nossa altura.”

“Descobri coisas que só falando não iria ter noção como era.”

“... e não são só números e cálculos que a gente só tinha na cabeça, assim,

fica mais claro, e mais fácil de interessar o aluno.”

A atividade sobre as tabelas de consumo e gasto calórico foi realizada

durante um dia de observação de cada educando. Eles anotaram os dados

referentes às calorias ingeridas logo após terem sido consumidas e registraram as

atividades produzidas, pelo menos, a cada duas horas. Obedeceram a esta

orientação, pois desta forma se lembrariam facilmente das atividades desenvolvidas.

Muitos educandos têm acesso a internet facilitando o preenchimento da

tabela e a realização da conclusão final.

Poucos jovens, principalmente do ensino noturno, tiveram necessidade de

utilizar o laboratório de informática de nossa escola. Utilizaram esse espaço num

horário da aula de Física, após o termino de uma atividade proposta, e sob a

orientação da professora.

A conclusão obtida foi de que a energia total consumida através dos alimentos

era superior à energia “gasta” durante a realização das atividades, e que esta

“sobra” de energia ficaria acumulada no organismo sob a forma de gordura, usaram

até o termo gordura localizada.

Alguns estudantes não tiveram o cuidado de anotar os dados na tabela, logo

depois da ingestão de alimentos e da realização de atividades físicas, preferiram

anotar tudo de uma só vez. Certamente não se lembraram de tudo que comeram. O

resultado obtido nesses relatórios não foi o esperado, o gasto energético foi maior

que a energia obtida dos alimentos. Desta forma não houve sobras de energia, e isto

não ocorre frequentemente.

Uma anotação realizada chamou muito a atenção, uma estudante magra se

preocupou com esse balanço energético e comentou:

“ Não sobrou, o jeito é comer mais nutrientes e cuidar mais da alimentação”.

Percebi que este trabalho não foi dirigido só aos mais gordinhos, que as

pessoas que não brigam com a balança por excesso de peso, também devem se

preocupar com a alimentação.

A prática de laboratório sugerida foi de fácil aplicação, uma vez que, os

materiais são encontrados facilmente e os instrumentos necessários são

encontrados na maioria dos laboratórios das escolas.

Sem sombra de dúvida, a atividade experimental foi a atividade que os

educandos mais gostaram. Apesar de utilizarmos várias metodologias de ensino;

internet, vídeos, atividades práticas, a experiência no laboratório foi a que mais

chamou a atenção de todos. Mesmo após alguns dias da ida ao laboratório os

estudantes, ainda, comentavam sobre os resultados alcançados. Os educandos

ficaram impressionados com o alto teor de gordura dos alimentos. O alimento que se

destacou foi a castanha do Pará. Eles não imaginavam a quantidade de calorias

liberadas por um pedacinho de castanha torrada, e o óleo eliminado durante a

queima.

Alguns comentários em destaque:

“É muito interessante fazer este tipo de trabalho prático, pois nos ajuda a

entender melhor a teoria e, também, é menos monótono.”

“Com este projeto concluímos que além de fazermos experiências incríveis,

foi muito legal aprendermos novos conhecimentos, etc.”

“Eu achei interessante, pois fizemos tudo na prática, é mais fácil.”

A princípio, estava planejada a utilização de uma única aula para a exibição

do filme “Super Size Me”, apesar do filme ter um tempo de duração maior, estava

proposto reduzir este tempo para se utilizar apenas 50 minutos de uma aula. Mas o

mesmo despertou grande interesse nos estudantes e foi utilizado um tempo maior

de exibição. Os depoimentos das pessoas em geral, dos médicos especialistas e

nutricionistas foram esclarecedores.

Apesar dos alimentos expostos no filme serem muito gostosos e atrativos os

educandos puderam perceber quão danosa é a alimentação a que foi submetida o

ator e os males que provocaram no seu organismo.

Um estudante fez este comentário:

“E neste vídeo acontece uma experiência que é a realidade de milhares de

pessoas, que ao invés, de ir para casa almoçar, comer fósforo, carboidratos,

proteínas, coisas realmente saudáveis, preferem ir às lanchonetes comer

sanduíches e batata frita que possuem muita gordura.”

Assim, como o estudante acima citado, vários concordaram que esse tipo de

lanche pode ser raramente consumido.

Um dos principais objetivos, do ator e diretor do filme, era exigir de que as

empresas de “fast food” disponibilizassem o valor nutricional de todos os alimentos

servidos na loja a seus clientes. Essa informação nutricional desperta nos

consumidores a preocupação em relação a ingestão de alimentos muito calóricos.

No Brasil, a disponibilização desses dados nutricionais, não era obrigatória,

pois existe uma lacuna na legislação sobre rótulos de alimentos. À partir do mês de

junho deste ano as principais redes de “fast food” e industrias alimentícias deverão

se adequar e informar as calorias, carboidratos, proteínas, gorduras, fibras e sódio

de seus pratos, essa notícia foi obtida recentemente na Folha de Londrina, Caderno

Saúde, 04 abr. 2011. O Ministério Publico Federal em Minas Gerais firmou acordo

com 60 redes e estende esse acordo para todo o país. A Agência Nacional de

Vigilância Sanitária (ANVISA) apoiará este acordo e as vigilâncias sanitárias

estaduais e municipais fiscalizarão esse procedimento. São ações como esta que

alertarão a população à respeito de uma alimentação saudável, afinal o trabalho do

ator “Morgan Spurlok” do filme “Super Size Me” está sendo reconhecido.

A elaboração do cardápio balanceado atingiu o objetivo proposto aos

estudantes. Incluíram na dieta, leite, pães integrais, cereais, legumes, verduras,

sucos e frutas. Surgiram, até mesmo, sugestões para a utilização nas dietas diárias

de arroz integral, peito de peru, peixes grelhados, carnes grelhadas e iogurte

desnatado. Indicaram porções corretas e entenderam a importância de se realizar

várias refeições por dia, e que o desjejum prolongado não traz benefício nenhum à

saúde.

Durante a discussão dos resultados surgiu uma importante preocupação de

uma estudante que expôs o seguinte:

“Eu já tentei fazer uma dieta e consumir produtos integrais, light e diet, mas

não consegui continuar, é muito caro.”

Realmente este questionamento tem fundamento, o poder aquisitivo de

nossos educandos muitas vezes impede que tenham uma alimentação mais

adequada.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Não podia, ainda, deixar de destacar algumas contribuições dos educandos

em minhas considerações finais.

“Na minha opinião o trabalho desenvolvido foi de certa maneira diferente.

Tivemos que realmente trabalhar na prática, e não ficamos apenas com os cálculos

e explicações sem provas. Para mim, este assunto esclareceu muitas dúvidas, e

mitos sobre os alimentos e calorias.”

“Nós nem imaginávamos que a nossa alimentação podia ser um “veneno” na

nossa vida.”

“... e é a primeira vez que eu faço um trabalho assim sobre alimentos. Aprendi

muitas coisas que eu nem imaginava como era.”

“... e essa foi a melhor parte da Física que eu estudei, pois trata da realidade.”

“Descobri também, que alimentos que pensávamos ser bons, na verdade são

nocivos a nosso organismo. Através dos cartazes que fizemos na sala e, também

com a ajuda da apostila que a professora elaborou. Isso sem contar com a

experiência no laboratório e, idas na sala de informática para termos mais

informações. São aprendizados que irão me ajudar no decorrer da minha vida.

Tenho que dizer que isto foi uma forma de estudar, e com a certeza de que a cada

dia iria aprender algo novo para me auxiliar e cuidar de mim mesma. “

“... foi um projeto diferente, gostei muito, e que a professora continue com

este projeto com os outros alunos.”

Estamos vivendo num período de muitas novidades ao alcance de nossos

jovens e adolescentes, diante desta realidade, nós, professores de Física nos

deparamos com a necessidade de planejar melhor nossas aulas, utilizando várias

metodologias, a fim de atingir a motivação e interesse de nossos estudantes. A

implementação desta proposta vem de encontro a este objetivo.

O público alvo, que são os estudantes do segundo ano do Colégio Kennedy,

puderam perceber que este conteúdo de Física pode contribuir para melhorar a sua

qualidade de vida.

5 REFERÊNCIAS

ARDENGHE, Roseli Maria. Dia-a-dia Educação. Portal Educacional do Estado do Paraná. Disponível em: <h ttp://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br /portals/ pde/ arquivos/302-2.pdf?PHPSESSID =2009061009025941˃. Acesso em 13 jan. 2010.

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FALA-SE muito delas, mas você sabe o que são as famosas calorias?. top GOSPEL – O Portal da Fé Cristã. Disponível em: <h ttp://www.topgospel.com.br/Acervo.asp? Id=1204 &offset =210 ˃ . Acesso em 21 nov. 2009.

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SUOR: saiba como funciona o ar-condicionado humano. Potal Educação. Disponível em: <h ttp ://www.portaleducacao.com.br/enfermagem/artigos/2780/suor-saiba-como- funciona- o-ar-condicionado-humano ˃ . Acesso em 24 nov. 2009.

SUPER Size Me – A Dieta do Palhaço. Produção de Morgan Spurlock. EUA: Revista Rolling Stone DVD, 2004. DVD( 100 min ): DVD, NTSC, son., color. Legendado. Port. Disponível em: < h ttp://ww w .cineplayers.com/filme.php?id=231 ˃ .

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WAKASUGUI, Olinda Sato. Dia-a-dia Educação. Portal Educacional do Estado do Paraná. Disponível em: <h ttp://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/portals/pde/arquivos/ 402-2.pdf ˃ . Acesso em 14 jan. 2010.

WAKASUGUI, Olinda Sato. Dia-a-dia Educação. Portal Educacional do Estado do

Paraná. Disponível em: <h ttp://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/ portals/pde/arquivos/ 402-4.pdf ˃. Acesso em 14 jan. 2010.

ANEXOS

ATIVIDADE 1 - TRABALHAR OS TEXTOS DA FUNDAMENTAÇÃO

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 50 minutos (três ou quatro aulas).

OBJETIVOS Ler, interpretar e estudar os textos elaborados sobre os

conteúdos a serem desenvolvidos.

Articular o conhecimento Físico com o conhecimento de

outras áreas do saber científico.

Apresentar de forma clara e objetiva o conhecimento

apreendido através da linguagem científica, bem como,

seus símbolos.

Identificar o calor como forma de energia em trânsito dos

corpos.

Diferenciar, reconhecer, e transformar as unidades:

Joule(J), grande caloria (Cal), quilocaloria (Kcal) e a

caloria (cal).

Caracterizar a combustão ou queima que se processa nos

alimentos.

Calcular o valor calórico de vários tipos de alimentos e

comparar com dados obtidos nas tabelas estudadas.

Utilizar e compreender tabelas, gráficos e relações

matemáticas para expressar os conteúdos científicos.

MATERIAL Cópias dos textos que deverão ser entregues aos alunos.

PROCEDIMENTO Expor grande parte dos conteúdos da fundamentação

teórica, pois, são tópicos novos e importantes.

Alternar aula expositiva com apresentação de trabalhos

em grupos de alunos, referentes a partes do texto mais

fáceis e teóricas.

Facilitar e promover a discussão após apresentação dos

trabalhos, avaliando a aprendizagem dos alunos.

Encorajar e valorizar as contribuições.

ATIVIDADE 2 - EXPERIÊNCIA VIRTUAL DE JOULE

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 50 minutos

OBJETIVOS Realizar experiências virtuais e simulações no

Laboratório de Informática.

Propiciar ao educando outras metodologias para o

aprendizado da Física.

Definir o Equivalente Mecânico do Calor.

Relacionar o Joule e a caloria.

MATERIAL Internet e site cujo endereço eletrônico está disponível

em:< h ttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ estadistica/otros/

joule/joule. htm ˃ .

PROCEDIMENTO Agendar previamente o Laboratório de Informática.

Fornecer o site aos educandos.

Orientar a experiência, quando necessário.

ATIVIDADE 3 - RÓTULOS E EMBALAGENS DE ALIMENTOS

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 50 minutos

OBJETIVOS Elaborar cartazes com rótulos ou embalagens dos

alimentos preferidos dos alunos.

Destacar no cartaz as calorias de cada alimento.

Discutir com o grupo sobre os alimentos mais calóricos e

comparar as calorias.

MATERIAL Embalagens e rótulos coletados.

Cartolina ou papel pardo, tesoura, cola e caneta colorida.

PROCEDIMENTO Pedir aos alunos para que tragam rótulos e embalagens

dos alimentos que costumam ingerir.

Selecionar as embalagens, em grupos.

Montar o cartaz.

Destacar as calorias com caneta colorida.

Discutir e comparar os dados destacados.

Expor o material em lugar adequado.

ATIVIDADE 4 – REALIZAR EXERCÍCIOS

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 50 minutos (duas ou três aulas).

OBJETIVOS Fixar os conteúdos através da realização de exercícios

sobre: Potência, Trabalho, Eficiência na realização de um

Trabalho, Quantidade de Energia transformada em Calor,

Perdas de Calor, Regimes Alimentares, Energia

Transferida para a Água e para o Meio Ambiente pelo

Organismo. Segue, em anexo, a lista de exercícios e os

resultados.

MATERIAL Cópias dos exercícios que deverão ser entregues aos

alunos.

PROCEDIMENTO Reunir a sala em grupos de dois ou três alunos.

Pedir aos integrantes do grupo que façam os exercícios.

Atender as dúvidas e comentar os resultados obtidos.

Fornecer os resultados após o término da resolução dos

exercícios propostos.

ATIVIDADE DE FÍSICA N°4

PROJETO PDE: A FÍSICA DO CALOR E SUAS RELAÇÕES COM O NOSSO

ORGANISMO.

ALUNO:...............................................................N°:......TURMA:........

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

1) Adaptado de: Física para Ciências Biológicas e Biomédicas, 1982. p.

123. Uma pessoa de 70 kg subiu a pé, em 3 horas, uma montanha de 1 000 m de

altura. Durante a subida, essa pessoa consumiu O2 a uma taxa de 2 L/min. Uma

dieta típica, segundo a Tabela 11.1, libera 4,9 kcal por litro de O2 .

Dado g = 9,8 m/s², calcule:

a) o trabalho externo realizado por ela; 6,9 x 105 J

b) a potência média com que foi realizado esse trabalho; 64 W

c) a eficiência com que foi realizado o trabalho externo calculado no item

a; 9,4%

d) a quantidade de energia transformada em calor pelo corpo dessa

pessoa; 6,68 x 106 J

e) o que essa pessoa precisa comer para recuperar a energia gasta pelo

seu corpo. 1 600 kcal

2) Adaptado de: Física para cientistas e engenheiros. Vol. 1. 5. ed., p.720.

Calcule a taxa líquida de perda de calor relativa à energia irradiada por uma pessoa

nua em um quarto a 20°C, admitindo que a pessoa se comporta como um corpo

negro, com uma área superficial de 1,4 m² e na temperatura superficial de 33°C

(=306K). (A temperatura superficial do corpo humano é ligeiramente menor do que a

temperatura interna de 37°C, por causa da resistência da pele.). P = 111 W

Obs: Os autores observam que a perda de energia encontrada é a taxa do

metabolismo basal do corpo humano, em torno de 120 W. Uma forma de minimizar

estas perdas é a utilização de roupas, que por terem baixa condutividade térmica

têm temperatura externa baixa, diminuindo, desta forma, a radiação térmica.

3) (UFPel-RS) Um médico, após avaliação criteriosa, recomenda a um

paciente uma dieta alimentar correspondente a 1 200 cal/dia, fornecendo-lhe uma

lista de alimentos com as respectivas “calorias”. (Espera o médico que, com esse

regime, a pessoa, pelo menos, não engorde!!!). Os médicos utilizam, na realidade a

“grande caloria”, que vale 1 000 cal utilizadas na Física, ou seja, esse regime é, na

verdade, de 1 200 000 cal/dia.

Com base nesses dados e considerando g = 10 m/s², 1 cal = 4,2 J e calor específico

da água c = 1 cal/g°C, responda:

a) Qual a potência média mínima ( em watts ) que a pessoa mencionada

deverá dissipar, ao longo de suas atividades diárias, para, pelo menos, não ganhar

peso? 58,33 W

b) Se essa energia pudesse ser empregada aquecer a água de 10°C a

60°C , que massa de água ( em gramas ) seria utilizada? 24 000 g

4) (MAPOFEI-SP) Um indivíduo está sob severa dieta alimentar que só

lhe permite ingerir 1 000 kcal por dia. Numa festa, ele tomou alguns aperitivos,

ingerindo 1 000 kcal a mais. Raciocinou, então, que o excesso alimentar poderia ser

compensado bebendo água gelada, pois estando a água a 11°C e seu corpo a 36°C,

ele queimaria suas reservas de gordura para levar a água ingerida à temperatura de

seu corpo. O excesso de água não o preocupava, pois seria eliminado naturalmente.

Se seu raciocínio estivesse correto, quantos litros de água gelada precisaria beber?

Dados: Calor específico (água)=1,0 cal/g°C e densidade da água =1,0 g/cm³. 40 kg ~

40L

5) Se um indivíduo ingere 250 g de água a 20°C, qual é quantidade de

energia absorvida pela água se a temperatura de seu organismo é 36,5°C?

De onde provém essa energia? 4 125 cal

6) (Unicamp-SP) Em um dia quente, um atleta corre dissipando 750 W

durante 30 min. Suponha que ele só transfira esta energia para o meio externo

através da evaporação do suor e que todo seu suor seja aproveitado para a sua

refrigeração. (Adote L = 2500 J/g para o calor latente de evaporação da água na

temperatura ambiente.)

a) Qual é a taxa de perda de água do atleta em kg/min? 0,018 kg/min

b) Quantos litros de água ele perde em 30 min de corrida. 0,54 L

7) (Fuvest-SP) Uma pessoa bebe 500g de água a 10°C. Admitindo que a

temperatura dessa pessoa é de 36,6°C, responda:

a) Qual a energia que essa pessoa transfere para a água? 13 300 cal

b) Caso a energia absorvida pela água fosse totalmente utilizada para

acender uma lâmpada de 100 W, durante quanto tempo ela permaneceria acesa?

(Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g°C e 1 cal = 4J.) 532 s

8) (Unicamp-SP) Um aluno simplesmente sentado numa sala de aula

dissipa uma quantidade de energia equivalente à de uma lâmpada de 100 W. O

valor energético da gordura é de 9,0 kcal/g. Para simplificar, adote 1 cal = 4,0J.

a) Qual o mínimo de quilocalorias que o aluno deve ingerir por dia para

repor a energia dissipada? 2,16 x 103 kcal

b) Quantos gramas de gordura um aluno queima durante 1 h de aula? 10g

ATIVIDADE 5 – GASTO ENERGÉTICO TOTAL

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 25 minutos

OBJETIVOS Conhecer a quantidade de calorias necessárias por um

dia.

Calcular seu Gasto Energético Total, GET.

Propiciar ao educando outras metodologias para o

aprendizado da Física, utilizando para isso, o Laboratório

de Informática.

MATERIAL Internet e site cujo endereço eletrônico está disponível

em: ˂ http://www.nutriweb.org.br/n0102/get.htm ˃ .

PROCEDIMENTO Agendar previamente o Laboratório de Informática.

Fornecer o site aos educandos.

Orientar a atividade, quando necessário.

VARIAÇÃO As atividades 5 e 6 poderão ser realizadas no mesmo dia.

ATIVIDADE 6 – NUTRIENTES E ENERGIA DOS ALIMENTOS

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 25 minutos

OBJETIVOS Conhecer os nutrientes dos alimentos mais consumidos

por todos.

Saber sobre a energia destes alimentos mais ingeridos.

Propiciar ao educando outras metodologias para o

aprendizado da Física, utilizando para isso, o Laboratório

de Informática.

MATERIAL Internet e site cujo endereço eletrônico está disponível

em: < h ttp://www.cdof.com.br/nutri4.htm >. Neste site, é

possível saber à respeito dos nutrientes e energia dos

alimentos mais consumidos por todos.

PROCEDIMENTO Agendar previamente o Laboratório de Informática.

Fornecer o site aos educandos.

Orientar a atividade, quando necessário.

VARIAÇÃO As atividades 5 e 6 poderão ser realizadas no mesmo dia.

ATIVIDADE 7 – ESPORTE FAVORITO E ENERGIA CONSUMIDA

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 50 minutos

OBJETIVOS Calcular o gasto energético para praticar o seu esporte.

Comparar o gasto energético obtido com o consumo dos

demais esportes praticados pelos participantes.

Propiciar ao educando metodologias para o aprendizado

da Física, utilizando, para isso, o Laboratório de

Informática.

MATERIAL Internet e site cujo endereço eletrônico está disponível

em: ˂ http://www.nutriweb.org.br/n0201/gasto.htm> .

PROCEDIMENTO Agendar previamente o Laboratório de Informática.

Fornecer o site aos educandos.

Orientar a atividade, quando necessário.

Discutir e comparar os resultados obtidos.

ATIVIDADE 8 – CONSUMO E GASTO CALÓRICO

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 50 minutos.

OBJETIVOS Investigar a quantidade de energia fornecida pelos

alimentos que você ingere.

Anotar na tabela 3, cada alimento consumido no dia

escolhido.

Calcular a quantidade de energia dos alimentos.

Realizar o cálculo energético total.

Anotar na tabela 4, as atividades físicas desenvolvidas no

dia escolhido.

Preencher a tabela 4, com os dados da Potência.

Observar, comparar e discutir o resultado.

MATERIAL Cópia das tabelas que deverão ser entregues aos alunos.

Internet e site cujo endereço eletrônico está disponível em

˂ http://www.nutriweb.org.br/n0201/gasto.htm> .

PROCEDIMENTO Agendar com antecedência o Laboratório de Informática.

Explicar as tabelas.

Fornecer o site aos educandos.

VARIAÇÃO Parte desta atividade será realizada em casa, então, as

atividades no laboratório de informática, 9 e 10 poderão

ser realizadas no mesmo dia.

A TIVIDADE DE FÍSICA N° 8

PROJETO PDE: A FÍSICA DO CALOR E SUAS RELAÇÕES COM O NOSSO

ORGANISMO.

ALUNO:...............................................................N°:......TURMA:........

TABELA DE ALIMENTOS INGERIDOS NO DIA...........Investigando a quantidade de energia fornecida pelos alimentos que você

ingere. Para isto, você deverá anotar na tabela 3, cada alimento consumido, as

porções, para depois calcular a quantidade de energia em quilocalorias utilizando a

tabela dos alimentos que foi fornecida e o rótulo dos alimentos industrializados.

Realize o calculo total, observe e compare, lembrando que consumimos em média

cerca de 3500 kcal de energia diariamente.

ALIMENTOS PORÇÕES ENERGIA ( kcal )

TOTAL =Tabela 3: Alimentos ingeridos pelos alunos e Energia.

TABELA DE ATIVIDADES FÍSICAS E GASTOS ENERGÉTICOSAgora, vamos calcular seu gasto energético neste mesmo dia. Você deve

anotar todas as atividades físicas desenvolvidas na tabela 4. Tudo é importante:

quanto tempo dormiu, assistiu TV, estudou, caminhou, praticou esportes, etc.. A

seguir, preencha a tabela 4, com os dados da Potência, utilizando o site

˂ http://www.nutriweb.org.br/n0201/gasto.htm > .

ATIVIDADE FÍSICA TEMPO(min ou h)

POTÊNCIA(kcal/h ou kcal/min)

POTÊNCIA TOTAL

TOTAL=Tabela 4: Atividade Física e Gasto Energético.

Conclusão:

A energia total consumida foi totalmente gasta durante a realização das

atividades´físicas neste dia?..........................................................................................

O que você acha que ocorreu com a sobra de

energia?..........................................................................................................................

ATIVIDADE 9 – ATIVIDADE EXPERIMENTAL EM LABORATÓRIO

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 50 minutos.

OBJETIVOS Fixar os conteúdos através da realização de

experimentos.

Comparar a quantidade de calorias obtidas pela queima

de alguns alimentos.

Despertar interesse no educando, e, gosto pelo estudo da

Física.

Apresentar relatório com as conclusões obtidas.

MATERIAL Cópia da atividade que deverá ser entregue aos alunos.

Vários materiais de laboratório destacados na folha de

atividades.

PROCEDIMENTO Agendar com antecedência o Laboratório de Física.

Distribuir os grupos nas mesas de laboratório,

previamente arrumadas.

Orientar a atividade.

Atender as dúvidas, comentar os resultados obtidos. e

agendar a entrega dos relatórios.

ATIVIDADE DE FÍSICA N° 9

PROJETO PDE: A FÍSICA DO CALOR E SUAS RELAÇÕES COM O NOSSO

ORGANISMO.

ALUNO:...............................................................N°:......TURMA:........

VERIFICAÇÃO EXPERIMENTAL - COMBUSTÃO DE ALIMENTOS

Objetivos:

Comparar a quantidade de calorias obtidas pela queima de alguns alimentos.

Materiais utilizados para cada grupo de alunos:

• Tripé

• Lamparina a álcool;

• Termômetro;

• Latinha de refrigerante vazia;

• Clipes;

• Água;

• Bequer;

• Pregador de roupa de madeira;

• Castanha torrada;

• Amendoim torrado;

• Pão torrado;

• Chips;

• Pizza torrada.

Desenvolvimento:

Com ajuda de clipes esticados pendurar pelo lacre as latinhas de refrigerantes

vazias no tripé da melhor forma possível.

Colocar dentro da latinha 100 ml de água à temperatura ambiente, utilize o

béquer para obter a medida.

Anotar na tabela 5 a temperatura inicial da água depois que ela entrar em

equilíbrio térmico com a lata.

Devem-se utilizar, sempre, quantidades iguais dos alimentos ( apenas alguns

gramas são suficientes) em toda experiência. Espetar, com os clipes, um dos

alimentos e na outra ponta do clipe segurar com a mão, pode-se utilizar um

pregador de roupa para não se queimar.

Com a lamparina acesa, colocar fogo no alimento. Com esta chama, e quanto

durar, aquecer a água da lata.

Anotar, na tabela 5, a temperatura final obtida pela água através da

combustão do alimento.

Usar uma nova lata, ou, resfriá-la em água corrente, para repetir a operação

novamente com outro alimento da lista. Utilizar a mesma quantidade de água e de

alimento para a combustão.

Repetir o procedimento para todos os alimentos restantes.

Calcular a variação de temperatura e a quantidade de calor ou energia em

cada caso, completando desta maneira a tabela proposta.

Obs: 1ml de água corresponde, aproximadamente, a 1g de água.

Alimentos m deágua (g)

c da água (1 cal/g°C)

T0(°C) T(°C) ∆T(°C) Q=mc∆T

(cal)Chips 100 1Castanha torrada 100 1Amendoim torrado 100 1Pão torrado 100 1Pizza torrada 100 1

Tabela 5: Combustão de Alimentos.

Cálculos:

Comparar as quantidades de energia obtidas em cada

caso:...............................................................................................................................

…....................................................................................................................................

…....................................................................................................................................

…....................................................................................................................................

........................................................................................................................................

........................................................................................................................................

Registrar aqui sua conclusão:.............................................................................

…....................................................................................................................................

........................................................................................................................................

........................................................................................................................................

........................................................................................................................................

........................................................................................................................................

ATIVIDADE 10 – VIDA SAUDÁVEL E ALIMENTAÇÃO ADEQUADA

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 25 minutos

OBJETIVOS Aprender dicas importantes sobre uma vida saudável e

uma alimentação mais adequada, apresentada no

Fantástico.

Discutir e comentar as dicas.

Apresentar resumo das dicas mais importantes.

MATERIAL Internet e site cujo endereço eletrônico está disponível em

˂ http://fantastico.globo.com/Jornalismo/FANT/0,,MUL

138 8335 15605,00 > FANTASTICO+ENSINA +COMO

+EMAGRECE R +DORMINDO .htm l˃.

PROCEDIMENTO Agendar previamente o Laboratório de Informática.

Fornecer o site aos educandos.

Orientar a atividade, quando necessário.

Discutir e comentar as dicas.

VARIAÇÃO Parte da atividade 9 será realizada em casa. Então, as

atividades no laboratório de informática, 9 e 10 poderão

ser realizadas no mesmo dia.

ATIVIDADE 11 – FILME: SUPER SIZE ME – A DIETA DO PALHAÇO

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 50 minutos.

OBJETIVOS Assistir o filme proposto.

Discutir a conclusão do filme.

MATERIAL Categoria: Vídeo

Título: Super Size Me - A Dieta do Palhaço.

Direção: Morgan Spurlock

Produção: Morgan Spurlock

Duração: 1h e 40 min.

Local da Publicação: EUA

Ano: 2004

Disponível em: Vídeo Locadoras ou endereço da

web:<h ttp://www.cineplayers.com/filme.php?id=231 ˃ .

PROCEDIMENTO Agendar o Laboratório de Informática.

Agendar o Data Show, ou utilizar a TV Pendrive.

VARIAÇÃO Utilizar a Internet ou Vídeo. O tempo do filme poderá ser

reduzido para, aproximadamente, 45 minutos, pois, a

experência durante o filme é repetitiva. O documentário

aborda os efeitos da má alimentação no organismo. O

ator se submete à experiência de se alimentar somente

com lanches (fast food) durante algumas semanas. E, no

final do filme comprova, clinicamente, que está doente.

Que a atitude tomada foi totalmente errada!

ATIVIDADE 12 – CARDÁPIO BALANCEADO

NÍVEL Segunda Série do Ensino Médio.

TEMPO 30 minutos.

OBJETIVOS Propor um cardápio balanceado para uma dieta de um

dia.

Aplicar os conhecimentos para uma vida mais saudável.

MATERIAL Cópia da atividade que deverá ser entregue aos alunos.

PROCEDIMENTO Distribuir a atividade para cada aluno.

Explicar e orientar a atividade.

Agendar a entrega dos trabalhos.

VARIAÇÃO Esta atividade poderá ser realizada em casa.

ATIVIDADE DE FÍSICA N°12

PROJETO PDE: A FÍSICA DO CALOR E SUAS RELAÇÕES COM O NOSSO

ORGANISMO.

ALUNO:...............................................................N°:......TURMA:........

CARDÁPIO BALANCEADO

Você conseguiria propor um cardápio balanceado para uma dieta de um dia?

CAFÉ DA MANHÃ

LANCHE

ALMOÇO

CAFÉ DA TARDE

JANTAR

LANCHE

Tabela 6: Cardápio Balanceado.