Plano de Aula | Metodologia Técnica | Dilatação: Superficial

Objetivos

Duração: (10 - 15 minutos)

A finalidade desta etapa do plano de aula é garantir que os alunos compreendam os conceitos fundamentais de dilatação superficial, relacionando-os com situações práticas e do mercado de trabalho. Desenvolver habilidades práticas é crucial para que os alunos possam aplicar o conhecimento teórico em contextos reais, como na engenharia e na indústria, onde a dilatação térmica pode afetar a integridade estrutural de materiais e componentes.

Objetivos principais:

1. Entender os conceitos básicos de dilatação superficial e como isso se aplica a diferentes materiais.

2. Resolver problemas práticos envolvendo a dilatação superficial de objetos sólidos.

3. Aplicar os conhecimentos adquiridos para resolver problemas específicos, como a dilatação de furos em chapas.

Objetivos secundários:

Introdução

Duração: (15 - 20 minutos)

A finalidade desta etapa é contextualizar o tema da dilatação superficial, conectando-o a situações reais e ao mercado de trabalho, além de despertar o interesse e a curiosidade dos alunos através de uma atividade inicial envolvente.

Contextualização

A dilatação térmica é um fenômeno físico que ocorre quando materiais sólidos se expandem ou contraem devido a variações de temperatura. Esse conceito é essencial não apenas na física, mas também em diversas aplicações práticas do dia a dia, como na construção civil, na fabricação de componentes mecânicos e na engenharia de materiais. Compreender como os materiais se comportam sob diferentes temperaturas é crucial para garantir a segurança e a durabilidade de estruturas e dispositivos.

Curiosidades e Conexão com o Mercado

Sabia que as pontes e viadutos possuem juntas de dilatação para evitar danos estruturais causados pela variação de temperatura? Além disso, na indústria aeroespacial, é fundamental considerar a dilatação térmica dos materiais para evitar falhas catastróficas nas aeronaves. Na fabricação de eletrônicos, como smartphones e computadores, a dilatação dos materiais também deve ser controlada para evitar problemas de funcionamento.

Atividade Inicial

Oriente os alunos a assistir a um vídeo curto de 3 minutos que mostra a dilatação térmica em diferentes materiais. Após o vídeo, faça a seguinte pergunta provocadora: Como você acha que a dilatação térmica pode afetar a segurança de um prédio em diferentes estações do ano?

Desenvolvimento

Duração: (60 - 65 minutos)

A finalidade desta etapa do plano de aula é garantir que os alunos compreendam e apliquem os conceitos de dilatação térmica superficial em situações práticas e do mercado de trabalho. Através da construção de maquetes e resolução de problemas, os alunos desenvolvem habilidades práticas e reflexivas, essenciais para sua formação acadêmica e profissional.

Tópicos a Abordar

1. Conceito de dilatação térmica superficial
2. Coeficiente de dilatação superficial
3. Aplicações práticas da dilatação térmica superficial
4. Problemas envolvendo furos em chapas metálicas
5. Impacto da dilatação térmica em diferentes materiais e estruturas

Reflexões Sobre o Tema

Oriente os alunos a refletirem sobre como a dilatação térmica pode impactar estruturas do cotidiano, como pontes, edifícios e veículos. Pergunte como eles acham que os engenheiros e arquitetos lidam com esses problemas na prática, e quais medidas são necessárias para garantir a segurança e a durabilidade das construções e dispositivos.

Mini Desafio

Mini Desafio: Construindo uma Ponte com Juntas de Dilatação

Os alunos irão construir uma maquete de uma ponte utilizando materiais simples, como palitos de sorvete, cola quente e elásticos. A maquete deve incluir juntas de dilatação que permitam a expansão e contração da estrutura devido a variações de temperatura.

Instruções

1. Divida os alunos em grupos de 4 a 5 integrantes.
2. Distribua os materiais necessários: palitos de sorvete, cola quente, elásticos e uma base de papelão.
3. Instrua os grupos a projetarem e construírem uma pequena ponte, incorporando juntas de dilatação feitas de elásticos.
4. Após a construção, peça que os grupos expliquem como suas juntas de dilatação funcionam e por que são importantes.
5. Facilite uma discussão sobre as dificuldades encontradas e as soluções criadas pelos grupos.

Objetivo: Desenvolver habilidades práticas de construção e design, além de compreender a importância das juntas de dilatação em estruturas sujeitas a variações de temperatura.

Duração: (40 - 45 minutos)

Exercícios de Fixação e Avaliação

1. Calcule a variação de área de uma chapa de alumínio de 2m² quando a temperatura aumenta de 25°C para 75°C. O coeficiente de dilatação superficial do alumínio é 48 x 10^-6 °C^-1.
2. Uma chapa de aço possui um furo circular com raio inicial de 5 cm. A temperatura da chapa aumenta em 50°C. Sabendo que o coeficiente de dilatação superficial do aço é 24 x 10^-6 °C^-1, determine o novo raio do furo.
3. Explique como a dilatação térmica pode afetar a segurança de um trilho de trem durante um dia muito quente.

Conclusão

Duração: (10 - 15 minutos)

A finalidade desta etapa do plano de aula é consolidar o aprendizado, garantindo que os alunos compreendam a importância prática dos conceitos estudados. Ao promover uma discussão e reflexão sobre o tema, os alunos têm a oportunidade de internalizar o conhecimento, conectando a teoria à prática e compreendendo suas aplicações no mercado de trabalho e na vida cotidiana.

Discussão

Oriente os alunos a discutirem sobre o que aprenderam ao longo da aula, focando especialmente nas aplicações práticas da dilatação térmica superficial. Questione sobre os desafios encontrados durante o mini desafio da construção da ponte e peça que compartilhem como resolveram esses problemas. Facilite uma reflexão sobre como os conceitos teóricos foram aplicados na prática e como esses conhecimentos podem ser úteis em suas futuras carreiras, seja na engenharia, arquitetura ou outras áreas correlatas.

Resumo

Recapitule os principais conteúdos apresentados, enfatizando o conceito de dilatação térmica superficial, o coeficiente de dilatação superficial, e as aplicações práticas desses conceitos. Destaque também os problemas resolvidos envolvendo furos em chapas metálicas e a importância das juntas de dilatação em estruturas sujeitas a variações de temperatura.

Fechamento

Explique aos alunos como a aula conectou a teoria à prática e às aplicações no mercado de trabalho. Ressalte a importância de compreender a dilatação térmica para garantir a segurança e a durabilidade de diversas estruturas e dispositivos no dia a dia. Finalize destacando que o conhecimento adquirido é essencial não só para a física, mas também para diversas áreas profissionais, e que a habilidade de aplicar conceitos teóricos em situações práticas é uma competência valiosa no mercado de trabalho.