Ciencias - 7 ano (3)

7 O Planeta Terra Coleção Aprendendo Ciências 2a edição Carmen Lúcia Sanches Bueno Valentini Maria Cristina Pamplona da Silva Livro Digital Florianópolis, 2023.

COLEÇÃO APRENDENDO CIÊNCIAS Copyright © 2017, by Editora Sophos Ltda. Editora Sophos Rua Cristóvão Nunes Pires, 161 / Centro www.editorasophos.com.br 88010-120 / Florianópolis / SC E-mail: [email protected] Fone: (48) 3222-8826 e 3025-2909 Catalogação na publicação por: Onélia Silva Guimarães CRB - 14/071 B396g Beckert, Ana Lúcia Taborda Geografia: nosso espaço geográfico / Ana Lúcia Taborda Beckert, Eloísa Barreto Klein. – Florianópolis : Sophos, 2009. 272 p. : il. – (Coleção Investigação e Reflexão; 6o ano) SER: Sistema de Ensino Reflexivo ISBN: 978-85-85913-69-4 Coleção Aprendendo Ciências 1. Geografia – Estudo e ensino. I. Klein, Eloísa Barreto. II. Título CDU: 91:37 Ficha Técnica Supervisão Editorial Gígi Anne Horbatiuk Sedor Edição Silvio Wonsovicz Hatsi Rio Apa Pesquisa iconográfica e Ilustração Isabel Maria Barreiros Luclktenberg Revisão FK Estudio Projeto gráfico e diagramação 2023 Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra poderá ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma e/ou quaisquer meios (eletrônicos ou mecânico, incluindo fotocópias e gravação) ou arquivada em qualquer sistema ou banco de dados sem permissão escrita da Editora.

Conheça o seu livro O Planeta Terra / 7o ano Motivando a pensar Abre todos os capítulos da coleção Dialogando com a História e representa uma “primeira conversa” sobre um determinado tema. Serve de “aquecimento” para um debate mais amplo e qualificado. Problematizando São questões propostas em torno do assunto em foco com o objetivo de levar você a pensar criticamen- te e considerar os seus diversos aspectos, atentando para os desdobramentos econômicos, políticos e so- ciais dos acontecimentos históricos e alcançando um maior domínio da complexidade que os caracteriza. Colocando a mão na massa Este é o momento culminante de cada capítulo; po- deríamos dizer que é a etapa mais empírica do processo de aprendizagem, em que professores e estudantes, li- teralmente, colocam a mão na massa. Tal proposta po- derá ser concretizada em feiras de ciências, saídas de campo (visitas orientadas a museus, sítios arqueológi- cos, arquivos históricos, comunidades indígenas e qui- lombolas etc.). Em determinadas situações, estudantes e professores poderão fazer intercâmbios com outras escolas da rede de ensino, promovendo um debate mais consistente.

Coleção Aprendendo Ciências Links com outras Disciplinas Traçam relações do tema em estudo com aborda- gens do mesmo assunto sob o enfoque de outras disci- plinas; podem conter questões para pesquisa em outra área do conhecimento ou mais informações produzidas pela investigação dos profissionais de outras especiali- dades. O objetivo é que você desenvolva uma visão in- terdisciplinar do conhecimento. Conectando com o mundo Aqui é fundamental o exercício de intertextuali- dade, em que você, com o auxílio do(a) professor(a), buscará novas fontes de pesquisa sobre o tema es- tudado e realizará um “confronto de ideias”. As fontes de pesquisa poderão ser retiradas de sites da Inter- net, registros musicais, livros paradidáticos etc. Exercícios NoLorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipis- cing elit, sed diam nonummy nibh euismod tincidunt ut laoreet dolore magna aliquam erat volutpat. Ut wisi enim ad minim veniam, quis nostrud exerci tation ullamcorper

Apresentação O Planeta Terra / 7o ano Gígi Anne Horbatiuk Sedor1 As Reflexivo – S.E.R. Coleções dos livros Didático-Reflexivos do Sistema de Ensino apresentam os conteúdos das diversas disciplinas em uma abor- dagem dinâmica, interdisciplinar, propiciando o desenvolvimento de uma vi- são crítica e ampla dos temas estudados. Objetivamos que tanto os conteúdos quanto as atividades propostas desloquem o olhar dos estudantes do ponto de vista acostumado, habitual, do senso comum, por meio do estudo ativo, investigador, movido pela curiosi- dade a respeito do mundo, estudo em que experiência vívida e embasamento teórico apresentem-se imbricados. Mais que um conjunto de respostas pron- tas, fechadas, queremos que o estudante apreenda a arte da pergunta diante do conhecimento que lhe é oferecido, que possa aprender a aprender e que tenha domínio do processo de produção de novos conhecimentos. Temos, para além do comprometimento com o desenvolvimento cogni- tivo dos estudantes, um comprometimento com a sua formação ética e polí- tica, com a preparação para o exercício da cidadania, com o aprimoramento do poder pessoal do cidadão que está, por sua vez, intrinsecamente ligado ao acesso à informação e ao preparo para julgar sua relevância e confiabilidade, ao pensar autônomo e crítico. Exercer o papel de sujeitos críticos exige a competência da compreen- são, que está vinculada ao saber escutar, observar, pensar e ao saber comu- nicar-se com o outro, dialogar. Compreender a si mesmo, ao mundo, ao outro e às interações entre esses e ser capaz de usar as diversas formas de lingua- gem são fundamentais para sermos cidadãos. Pensar, compreender e aprender autonomamente nos permite estar pre- parados para mudanças, para o imprevisto, para o novo, para a interação e a contextualização. Como veem, nosso material didático convida professores e estudantes a mudarem de perspectiva em relação ao processo de aprendizagem, passan- do de uma pedagogia da dependência para uma pedagogia da autonomia. 1. Graduada em Filosofia e Mestra em Filosofia pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Doutora em Filosofia pela Universidade de São Paulo (USP). Coordenadora Pedagógica do S.E.R., Sistema de Ensino Reflexivo.

Coleção Aprendendo Ciências Cabem ao professor no Ensino Reflexivo as tarefas de criar, organizar e co- ordenar dinamicamente as atividades, estimulando a elaboração de conhe- cimento por parte dos alunos e o desenvolvimento da autoconfiança desses em suas competências, favorecendo seu processo de humanização, de cres- cimento pessoal e de socialização. Esse posicionamento pedagógico nos parece promissor porque estudantes envolvidos nessa proposta tendem a: diminuir a dependência da ação do professor; “demonstrar maior grau de autodeterminação e de consciência crítica; “apresentar maior capacidade de resposta perante diferentes situações; “expressar o prazer alcançado com a percepção do próprio progresso; “desenvolver o espírito científico e o gosto pela criatividade; “passar a delinear os próprios objetivos como sujeitos do pro- cesso de aprendizagem; e “organizar Comunidades de Aprendizagem Investigativa para a pesquisa de soluções para os problemas propostos. Professores, estudantes e pais reunidos em um projeto de Ensino Reflexi- vo podem modificar paradigmas do conhecimento, éticos, políticos e econô- micos, influindo no curso dos acontecimentos. Podem modificar os homens e os modos de fazer a vida. Este é o poder que provém da reflexão, da compre- ensão, da organização do pensamento e da imaginação humana. Desejamos um bom trabalho a todos! Que frutifique! Coordenação Pedagógica do S.E.R.

Palavras ao Professor O Planeta Terra / 7o ano Carmen Lúcia Sanches Bueno Valentini 1 Maria Cristina Pamplona da Silva 2 As Ciências Naturais se modificam constantemente, tornando o en- sino de Ciências uma prática dinâmica e que necessita de permanente atualização do corpo docente. Inserir o estudante do Ensino Fundamental nesse contexto tão amplo e diversificado é um grande desafio. Nas diversas áreas das Ciências, a cada dia surgem novidades que nos surpreendem e que devem ser amplamente analisadas em sala de aula, pois todo desenvolvimento científico traz alguns problemas: sociais, como a substituição do homem pelas máquinas e as consequentes mudanças no mercado de trabalho, e ambientais, como a degradação ambiental e as armas biológicas e químicas, que ameaçam a vida em nosso planeta. Estudar Ciências deve proporcionar ao estudante a construção do seu conhecimento, que se dará a partir do momento em que ele colocar em prática conceitos, procedimentos e atitudes desenvolvidos no apren- dizado escolar. Apropriar-se do conhecimento científico e utilizá-lo para resolver problemas do cotidiano é responsabilidade nossa, especialmente quando percebemos o desequilíbrio ambiental e todos os problemas de- correntes da ação humana sobre o meio natural. Vivemos num mundo de relações bióticas e abióticas, e o estudante deve compreender que ele é agente transformador dessas relações, per- cebendo-se como um indivíduo protagonista e atuante nessas relações, especialmente no que tange à saúde. A coleção Aprendendo Ciências do Sistema de Ensino Reflexivo (S.E.R.) inicia com o livro do 6° ano do Ensino Fundamental, dividido em 23 capítulos. Os primeiros capítulos abordam conhecimentos sobre Astrono- mia, e os demais capítulos descrevem o planeta Terra com suas caracterís- 1. Graduada em Ciências e em Física pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS) e pós-graduada em Ciências Físicas pela mesma instituição. Trabalhou na rede pública e privada de ensino do Rio Grande do Sul e desde 1990 ministra as disciplinas de Ciências e Física no Colégio Bom Jesus em Florianópolis. 2 Graduada em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), é mestra em Engenharia Química pela mesma universidade. Tem atuado como professora de Ciências, Biologia e Laboratório de Biologia e Ciências na rede pública estadual de Florianópolis, em escolas particulares e em cursos preparatórios para o vestibular.

ticas ambientais. Sobre cada ambiente serão discutidos assuntos que tratam de problemas do cotidiano, como a doença leptospirose e o problema com as enchentes. Nos próximos volumes desta coleção, vários assuntos voltam a ser abordados com mais detalhes, mostrando que o conhecimento deve ser adquirido de forma lenta e gradual, respeitando a maturidade do estudante. O objetivo desta coleção é facilitar a exploração e a sistematização dos conhecimentos com aulas variadas e experimentos que apresentem situa- ções rotineiras e despertem o interesse sobre o assunto a ser abordado. Cabe ao(à) professor(a) apresentar esse desenvolvimento científico e tecnológico aos estudantes para que possam se informar, refletir e se posi- cionar a favor do futuro do nosso planeta e, assim, desfrutar de sua plena ci- dadania. As autoras Coleção Aprendendo Ciências

Dialogando com O Planeta Terra / 7o ano o(a) estudante Carmen Lúcia Sanches Bueno Valentini Maria Cristina Pamplona da Silva Caro(a) aluno(a), imagine que você está sendo convidado(a) a embarcar numa nave espacial e que fará uma grande aventura pela Via Láctea. Durante este ano vamos fazer essa viagem para descobrir o que existe fora do planeta Terra, como as estrelas, os cometas, os outros planetas e os diversos corpos celestes que nos rodeiam. Você observará o céu e compreenderá melhor os fe- nômenos naturais que fazem parte do nosso dia a dia. Nossa nave irá desembarcar no planeta Terra. Vamos explorar e descobrir como esse nosso pequeno planeta dentro desse imenso Universo é capaz de abrigar uma grande variedade de seres vivos. Você já se perguntou por que nos- so planeta, por enquanto, é o único local apropriado para podermos viver? Para responder a essa pergunta, basta olharmos à nossa volta para perceber que a água na forma líquida, o solo que pisamos, o ar que respiramos e a temperatura agradável do nosso planeta são muito importantes para a vida que conhecemos. Podemos ficar algumas semanas sem comida, mas sem água resistimos só uns poucos dias, pois a água mantém as atividades do nosso organismo. A água afeta também todo o meio ambiente, agindo sobre o clima e a temperatura de uma região. Cada ambiente tem sua importância e sua característica própria que investi- garemos com experiências divertidas e interessantes que possam desenvolver a capacidade de observação e a construção de conhecimento. Conhecer é, acima de tudo, descobrir um mundo novo. Em qualquer situa- ção da vida, aprendemos algo que agrega valor e amplia a visão que temos do mundo à nossa volta.

Coleção Aprendendo Ciências Navegando por nosso planeta, podemos observar que o ser hu- mano dotado de inteligência tem promovido modificações para tor- nar a vida mais confortável. Modificações como a construção de ca- sas, edifícios, pontes, produtos industrializados, entre tantas outras, trouxeram um grande problema para os nossos ecossistemas que é a poluição da água, do ar e do solo. Tendo em vista esse quadro que se descortina à nossa frente, juntos investigaremos as formas de recuperar ambientes degradados a partir de ações cotidianas. Se quisermos um mundo melhor, teremos que aprender a cuidar muito bem de nós mesmos e do nosso planeta. Nossa viagem é longa, porém cheia de descobertas interessan- tes. Para participar dessa aventura, basta ter muita vontade de inves- tigar, criar, produzir novos conhecimentos científicos por meio das atividades sugeridas na coleção Aprendendo Ciências do Sistema de Ensino Reflexivo (S.E.R.). Saiba que o(a) seu(sua) professor(a) será o(a) facilitador(a) desse processo. Boa viagem e muitas descobertas! As autoras

Sumário Unidade 1 Capítulo 1 - Propriedades da energia 13 16 Matéria e Capítulo 2 - Máquinas simples 24 Energia Capítulo 3 - Temperatura, calor e suas formas de 39 propagação Capítulo 4 - Máquinas térmicas Unidade 2 Capítulo 5 - Ecologia 49 O Planeta Terra / 7o ano Capítulo 6 - Classificando os seres vivos 63 Vida e Capítulo 7 - Vírus e viroses 73 Evolução Capítulo 8 - Reino monera 80 Capítulo 9 - Reino protista 84 Capítulo 10 - Reino funghi 91 Capítulo 11 - Reino plantae 95 Capítulo 12 - Reino animalia 100 Capítulo 13 - Cordados 125 Capítulo 14 - Indicadores de saúde pública 143 Unidade 3 Capítulo 15 - Atmosfera e seus fenômenos 154 Capítulo 16 - Placas tectônicas e seus fenômenos 165 Terra e Universo

Unidade 1 Matéria e Energia

Capítulo 1 Propriedades da energia Motivando a pensar O Planeta Terra / 7o ano A energia está presente no nosso dia a dia e ao nosso redor, observe as imagens acima, você já parou para pensar que todas estas são manifestações da energia? No volume anterior, você percebeu que a ciência atual nos permite concluir que o universo que conhecemos é formado por matéria e energia. Você já compreendeu o que é e quais são as características gerais e específicas da matéria, mas o que é energia? Energia é a capacidade de produzir trabalho.

Coleção Aprendendo Ciências Podemos definir trabalho como uma força aplicada que gera um deslocamento, por exemplo, quando você está praticando exercício físico, seus músculos precisam contrair e relaxar para acionar tendões e ossos, ou seja realizar um trabalho. Mas de onde vem a energia para esta ação? Neste caso, a energia química das moléculas de glicose é con- vertida nas fibras musculares em trabalho mecânico que irá contraí-las ou relaxá-las. PRINCIPAIS TIPOS DE ENERGIA Nas imagens iniciais você pôde identificar algu- mas formas de energia, vamos entendê-las melhor. Energia térmica: você pode observar que ao colocar uma panela com água a temperatura ambiente no fogão com a chama acessa após certo tempo a água começará a ferver indican- do que a energia térmica (calor) da chama foi transferida para água. Energia química: É aquela que está armazenada nas moléculas e átomos. Sempre que houver uma transformação química haverá liberação ou absorção desta energia química. Um exemplo de energia química é aquela arma- zenada nos alimentos que consumimos. Durante o processo da digestão e respiração celular a energia química contida nos alimentos é liberada nas nossas células. Energia elétrica: Está associada ao movimento das cargas elétricas através de um condutor. Sempre que houver o movimento das cargas surgirá uma corrente elétrica. O movimento das cargas no condutor pode ser originado a partir do movimento de um gerador acionado por água, vento, vapor entre outros. Energia luminosa: A energia luminosa é aquela que está contida na radiação e propagação da luz. Este tipo de energia pode ser observada de forma natural como o sol ou de uma fonte artificial como uma lâmpada. Energia mecânica cinética: É um tipo de energia mecânica que todo corpo possui quando está em movimento, quanto maior a velocidade de um corpo maior a energia cinética. Se um corpo está em repouso sua velocidade é zero portanto sua energia cinética também é zero. 14

Este tipo de energia pode ser observado sempre O Planeta Terra / 7o ano que houver movimento, por exemplo uma pessoa andando de bicicleta, ou o movimento das pás de um gerador. Energia mecânica potencial: É aquela que o corpo armazena de acordo com a posição que ocupa em relação ao centro da Terra. Quanto maior a massa, maior a altura, e maior a gravidade no local maior a energia potencial armazenada por um corpo. Podemos observar este tipo de energia quando existe uma altura em relação ao solo, por exemplo um carrinho de montanha russa parado no topo do percurso possui energia mecânica potencial acu- mulada. PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA Segundo Lavoisier, a energia não pode ser criada do nada, nem pode ser destruída, mas uma forma de energia pode ser convertida em outras. É esta capacidade de se transformar em outros tipos que confere a energia uma execução de um trabalho. Imagine que você está segurando uma bola na janela do seu apartamento, enquanto parada a bola armazena uma energia mecânica potencial que de- penderá da massa da bola, da altura da janela em relação ao solo e da gravidade local. Ao escapar da sua mão, a altura da bola em rela- ção ao solo será cada vez menor e a sua velocidade cada vez maior. Assim, a energia mecânica poten- cial será convertida em energia mecânica cinética conforme a altura diminui e a velocidade aumenta. Um outro exemplo de transformação de energia pode ser observado nas antigas lâmpadas incan- descentes. Este tipo de lâmpada apresentava um consumo muito alto, pois a maior parte da energia elétrica era convertida em energia térmica e apenas uma porcentagem baixa de energia elétrica era convertida em energia luminosa. 15

Capítulo 2 Máquinas simples Motivando a pensar Coleção Aprendendo Ciências Observe as imagens. Você consegue perceber que em algumas delas estão sendo utilizadas apenas as mãos para executar a tarefa, enquanto em outras usa-se um dispositivo, uma máquina simples. Em qual das situações seria necessário o emprego de menor força para exe- cutar a mesma tarefa, usar somente as mãos ou usar uma máquina simples? Vamos estudar diversos tipos de máquinas simples que você provavelmente usa em seu dia a dia! Para isto, vamos antes entender o que é força!

FORÇA O Planeta Terra / 7o ano Como vimos, os conceitos de energia, força e trabalho estão intimamente ligados. Mas o que é uma força? Podemos definir força como um agente que pode alterar o estado de movimento ou repouso de um corpo ou ainda deformá-lo. Por exemplo, para deslocar um móvel de um ponto para outro necessariamente você precisa executar um trabalho, para executar este trabalho você precisa exercer uma força sobre um móvel suficiente para deslocá-lo e para produzir esta força você precisa utilizar a energia química produzida nas fibras musculares pela queima da glicose. As máquinas simples foram desenvolvidas com a finalidade de executar uma mesma tarefa porém com o emprego de uma força menor desempenhada pelo indivíduo. HISTÓRIA DAS MÁQUINAS SIMPLES Ao longo da evolução da humanidade, o ser humano sempre procurou formas de desenvolver instrumentos que diminuissem seu esforço físico para transportar, elevar e modificar objetos. Foi Arquimedes, filosofo grego que no século 3 a.c quem estudou e desenvolveu inicialmente os principios básicos destas ferramentas que hoje em dia são aplicadas nas máquinas mais sofisticadas do nosso cotidiano. É dele a frase; dê-me uma alavanca e um ponto de apoio que eu moverei a terra. Desde a pedra lascada ou polida usadas para cortar e para produzir faísca e fogo, aos planos inclinados e alavancas usados na construção de imponentes pirâmides, como as pirâmides do Egito, ou na criação da roda que permitiu a criação dos sistemas de polias e roldanas, temos observado, utilizado e aprimorado tais principios básicos para diminuir os esforços físicos e melhorar os resultados desejados. Tais instrumentos permitiram executar as mesmas tarefas com uma força menor. Como veremos, as máquinas simples desenvolvidas pelo ser humano, como alavancas, plano inclinado, roldanas ou polias e até mesmo a roda são utilizadas em diversas maquinas presentes em nosso coditiano como o alicate, a tesoura, a pá, o carrinho de mão, uma rampa. Todos estes são exemplos de máquinas simples. 17

Coleção Aprendendo Ciências ALAVANCAS Uma alavanca é uma barra feita de madeira, metal ou qualquer outro material resistente que pode se mover apoiada em um ponto fixo, com o objetivo de multiplicar a força aplicada sobre ela para mover outro objeto. Observe na tirinha ao lado que com o uso de uma alavanca foi possível mover a pedra aplicando uma força muito menor. PARTES DE UMA ALAVANCA Toda alavanca possui três partes: Ponto de apoio (ou ponto fixo): é onde a alavanca é apoiada Força potente: é a força exercida com o objetivo de levantar ou mover algum objeto Força resistente: é a força exercida pelo objeto que se quer mover ou levantar FUNCIONAMENTO DE UMA ALAVANCA Observe que a alavanca utilizada no exemplo acima inverte o sentido da força aplicada (força potente). Ou seja, Enquanto a força aplicada na alavanca (força potente) é de cima para baixo, a força aplicada pela alavanca no objeto é de baixo para cima. 18

Quanto mais longe do ponto de apoio está a força potente, menos força precisamos fazer para levantar determinado objeto. TIPOS DE ALAVANCAS Link com Língua Portuguesa As alavancas podem ser divididas em três tipos, de acordo com a localização do ponto de apoio, da No livro digital, em força potente e da força resistente: Links com outras matérias, veja o significado do prefixo Alavanca interfixa ‘’inter’’ e veja como o signi- Alavanca inter-resistente ficado se relaciona com os Alavanca interpotente tipos de alavancas. Alavanca interfixa Dizemos que uma alavanca é interfixa quando Força Resistente o ponto fixo (ou ponto de apoio) fica entre a força resistente e a força potente. Força Potente O Planeta Terra / 7o ano A tesoura é um exemplo de alavanca interfixa, P cujo ponto de apoio fica entre, a força potente que Ponto de Apoio fica no cabo e a força resistente que concentra-se nas lâminas. A gangorra também é um exemplo de alavan- ca interfixa, cujo ponto de apoio fica entre a força potente que fica no lado da gangorra de quem está embaixo e a força resistente que encontra-se no lado da gangorra de quem está em cima. Força Resistente Força Força Potente Resistente P Ponto de Apoio P Ponto de Apoio Força Potente 19

Alavanca inter-resistente A alavanca inter-resistente é aquela em que a Força Resistente força resistente fica entre o ponto de apoio e a força potente. P Força Potente Ponto de Apoio Um carrinho de mão é um exemplo de alavanca inter-resistente. Nele, o ponto de apoio é a roda, a força resistente é a carga a ser carregada e a for- ça potente é realizada pela pessoa empurrando o carrinho. O quebrador de nozes também é uma alavanca do tipo inter-resistente. Força Potente Força Resistente Força Resistente Coleção Aprendendo Ciências P P Ponto de Apoio Ponto de Apoio Força Potente Alavanca interpotente Força Resistente Força No caso das alavancas interpotentes, a força P Potente potente fica entre o ponto de apoio e a força resis- Ponto de tente. Apoio A pá é um exemplo de alavanca interpotente, em que a resistência está na extremidade livre, a força potente é realizada no meio, e o ponto fixo está na outra extremidade, apoiado por uma das mãos. Força Problematizando No livro digital, Potente Força em Games, jogue Quais outros objetos e o jogo dos tipos Resistente máquinas ao seu redor são de alavancas! exemplos de alavancas inter- P fixas, interpotentes e inter- Ponto de -resistentes? Apoio 20

PLANO INCLINADO O Planeta Terra / 7o ano O plano inclinado nada mais é do que uma rampa utilizada para facilitar a realização de uma tarefa. O texto no início deste capítulo nos fala da construção das pirâmides no antigo Egito. Para construir tamanhas obras arquitetônicas, os egípcios utilizaram o plano inclinado (na forma de rampas simples, em zigue-zague e em espiral), o que facilitou o transporte dos grandes blocos de pedra para o alto das pirâmides. Observe as figuras a seguir. De que maneira é mais fácil transportar a caixa para o degrau superior? A força necessária para levantar a caixa é maior do que a força empregada para empurrá- -la por uma rampa, como mostra a figura. O plano inclinado facilita a execução de uma tarefa, pois ele reduz a força necessária para mover determinado objeto. Quanto menor a in- clinação, menos força precisamos fazer. Uma das aplicações diretas do plano incli- nado são as rampas utilizadas para melhorar a acessibilidade de cadeirantes e pessoas com dificuldade de locomoção. ROLDANAS OU POLIAS Uma roldana (ou polia) é uma roda feita de material resistente que gira em torno de um eixo central, acionada por uma corda, corrente ou correia que a faz girar. As polias ou roldanas têm a função de mudar a direção e o sentido da força, e também de reduzir a força utilizada para mover um objeto, dependendo do tipo de polia utilizada. As polias podem ser de dois tipos: polias fixas e polias móveis: 21

Coleção Aprendendo Ciências Polias fixas Como o próprio nome diz, as polias fixas têm seu eixo fixo em alguma superfície: uma parede, o teto, entre outros. A função da uma polia fixa é a de mudar a direção e sentido da força aplicada sobre algum objeto, porém sem mudar a intensidade da força. A mesma força que você faria para levantar um objeto com as mãos (ou com uma corda), você fará utilizando uma polia fixa, entretanto com a mudança da direção e sentido da aplicação da força na polia fixa, torna-se mais fácil deslocar o objeto. As polias fixas são muito utilizadas em construções para levar material até andares mais altos, em poços de água, em aparelhos de musculação, etc. 22

Polias móveis O Planeta Terra / 7o ano As polias móveis não têm seu eixo fixo em nenhuma superfície. A vantagem de uma polia móvel é que ela reduz pela metade a força a ser realizada para sustentar um objeto. Isso acontece porque parte do peso é sustentada pela corda que fica presa em uma superfície fixa ou até mesmo em outra polia. Vamos analisar um exemplo prático disto. Para levantar um determinado peso, foi utilizado um es- quema com duas polias móveis e uma fixa. Como já sabemos, cada polia móvel é capaz de reduzir pela metade a força realizada. Logo, 1a polia (móvel) reduz pela metade (50%) a força necessária a ser empregada para le- vantar o peso. A 2a polia (móvel) reduz para 25% a força necessária a ser empregada. A 3a polia (fixa) não altera a intensidade da força necessária, nes- se caso, apenas modifica o sentido e a direção da força realizada. As polias móveis são muito utilizadas em guin- dastes, em aparelho de musculação, entre outros. 3a polia No livro digital, em 2a polia Games, jogue o jogo 1a polia dos tipos de Polias. 23

Coleção Aprendendo Ciências Capítulo 3 Temperatura, calor e suas formas de propagação Motivando a pensar Tente realizar a seguinte experiência: coloque uma das mãos em uma bacia com água quente recolhida do chuveiro e a outra mão em uma bacia com água gelada recolhida da geladeira. Após algum tempo, retire as duas mãos e coloque-as juntas em uma bacia com água em temperatura am- biente recolhida da torneira. O que você percebeu? Provavelmente você experimentou sensações di- ferentes nas duas mãos. Para uma delas, a água parecia gelada, e para a outra, parecia quente. Como pode a água que está em temperatura ambiente parecer quente e fria ao mesmo tempo? Nesse caso, a nossa pele permi- te a percepção da sensação de quente e frio conforme a temperatura da água onde as mãos foram colocadas primei- ramente. Percebemos então que o tato não é uma boa maneira de “medirmos a temperatura” de alguma coisa, pois ele permite somente a percepção de uma sensação térmica Mas vamos compreender melhor o que é calor e temperatura? “A temperatura do dia está alta” “Como está calor o dia de hoje!”

É comum as pessoas tratarem calor e temperatura como sinônimos, mas, do ponto de vista científico, essas duas palavras não têm o mesmo significado. CALOR X TEMPERATURA O calor é a energia térmica que passa de um TA > TB corpo para outro devido a uma diferença de tempe- Fluxo do calor ratura entre eles. Essa transferência sempre acontece do corpo com temperatura mais alta (mais quente) TA = TB para aquele com temperatura mais baixa (mais frio). O Planeta Terra / 7o ano Por essa razão, quando “esquecemos” um copo de leite quente em cima da mesa, ele esfria, pois a energia térmica passa do leite (maior temperatura) para o ar (menor temperatura). Por isso, também uma garrafa de água gelada “esquenta” fora da geladeira, já que ela absorve a energia térmica do ar ao seu redor. Essa transferência de energia ocorrerá até que os corpos entrem em equilíbrio térmico, ou seja, que eles fiquem com a mesma temperatura. Mas o que é temperatura? A temperatura está relacionada com o grau de agitação das moléculas de um corpo ou de uma substância. Vamos relembrar? No 6o ano, aprendemos que todas as substâncias são formadas por moléculas e átomos, e que essas moléculas estão em constante movimento. Quando colocamos uma chaleira no fogo, por exemplo, a energia térmica (calor) transmitida à água pela chama faz com que suas moléculas se agitem mais rapida- mente, o que leva a um aumento de temperatura. Se colocarmos essa água na geladeira, o calor irá fluir do copo de água (maior temperatura) para o ar frio da geladeira (menor temperatura), conse- quentemente o grau de agitação das moléculas di- minui causando a redução de sua temperatura. Portanto, quanto maior o grau de agitação das moléculas, maior sua temperatura, assim como, o contrário também é verdadeiro, quanto menor o grau de agitação das moléculas menor sua temperatura. 25

Coleção Aprendendo Ciências Ao encontrar um amigo na rua, ele lhe diz: ‘‘Nossa, como está calor hoje!’’. Você concorda com essa afirmação? Explique com suas palavras a diferença entre calor e temperatura. Como vimos, calor é a energia térmica que flui de um corpo de maior temperatura para outro de com menor temperatura. Já a temperatura de um corpo expressa o nível de agitação de seus átomos e mo- léculas. Para medir a temperatura de um corpo utilizamos um equipamento denominado termômetro. Há vários tipos de termômetros, inclusive os modernos termô- metros eletrônicos que possuem um chip que mede a temperatura dos corpos mesmo sem a necessidade de tocá-los. Os termômetros comuns utilizavam um bulbo (reservatório) com uma substância que apresentava uma grande dilatação ao receber calor, acoplado ao bulbo havia um tubo de vidro marcado com uma es- cala de temperatura. Ao encostar o bulbo em um cor- po ocorria transferência de calor e a substância no bulbo, dita substância termométrica, sofria dilatação indicando a temperatura do corpo. Normalmente a substância termométrica utilizada era o mercúrio, por ser um metal líquido nas condições ambientais e apresentar uma alta dilatação ao receber calor. Entretanto o mercúrio é bastante tóxico e sua Termômetro digital. Possui um contaminação pode levar a graves doenças e con- sensor eletrônico usado para medir taminação do meio ambiente. Por isso atualmente a a temperatura, não utiliza mercúrio. agência nacional de vigilância sanitária (ANVISA) re- gulamentou a utilização dos termômetros, substituindo os chamados termômetros analógicos que utilizavam mercúrio pelos termômetros digitais. 26

ESCALAS TERMOMÉTRICAS Link com Geografia Para facilitar e uniformizar a medição da tem- No livro digital, em Links peratura, utilizamos os termômetros. Trata-se de com outras disciplinas, veja aparelhos graduados de acordo com uma escala, os principais países onde as a qual nos dá um valor numérico para a temperatura. escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin são utilizados. Mas como estabelecer os valores de uma es- cala? Utilizam-se pontos fixos de referência, como o ponto de fusão do gelo e o ponto de ebulição da água. As escalas termométricas mais conhecidas são: Celsius, Fahrenheit e Kelvin. O Planeta Terra / 7o ano Celsius A escala Celsius é a mais conhecida das três, pois é a utilizada no Brasil. Foi desen- volvida pelo astrônomo sueco Anders Celsius em 1742. Ele atribuiu 0o C para o ponto de fusão do gelo e 100o C para o ponto de ebulição da água. Este intervalo de 0 a 100 é dividido em 100 partes iguais cada uma delas correspondendo a 1 grau celsius. Fahrenheit A escala Fahrenheit foi proposta pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit em 1724. É uma escala muito utilizada em países de língua inglesa. Nessa escala, ele atribuiu 32o F ao ponto de fusão do gelo e 212o F ao ponto de ebulição da água. Kelvin Já a escala Kelvin foi criada pelo físico irlandês Willian Thomson (Lorde Kelvin), que realizava pesquisas com temperatura e pressão. O kelvin deve ser expresso sempre em letra minúscula e não se usa o símbolo, o ou a palavra grau. 27

Nessa escala, o ponto de fusão de gelo corresponde a 273 K, e o de ebulição da água, a 373 K. Observe que o ponto chamado zero absoluto na escala Kelvin, corresponde a apro- ximadamente -273 na escala Celsius, tal ponto corresponderia, segundo lorde Kelvin, a temperatura na qual todas as moléculas e átomos deixariam de ter algum movimento. É o chamado zero absoluto A escala Kelvin é a mais utilizada nos meios científicos, é conhecida como escala absoluta ou termodinâmica CONVERSÃO DAS ESCALAS TERMOMÉTRICAS Coleção Aprendendo Ciências É possível fazer a conversão entre as três es- Temperatura Termômetros calas de uma forma simples, observe o exemplo desejada disponíveis abaixo. Você e colegas de classe, sob orientação do professor, devem executar um experimento onde consta que a temperatura deve ser de 50o na escala Celsius. Entretanto, vocês possuem apenas dois ter- mômetros, um graduado na escala Fahrenheit e outro na escala Kelvin. Quais são as temperaturas correspondentes a 50 graus Celsius nestes ter- mômetros. Basta aplicar as equações abaixo: Temperatura Temperatura Temperatura na escala na escala na escala Kelvin Celsius Fahrenheit Tk = Tc + 273 Tf = (Tc . 1,8) + 32 Portanto, podemos concluir que Tk = 50 + 273 TF = (50 . 1,8) + 32 50o C, correspondem a 323 K Tk = 323 K TF = 90 + 32 50o C correspondem a 122o F TF = 122o F SENSAÇÃO TÉRMICA Algumas vezes, quando observamos um me- didor de temperatura na rua temos a sensação que a temperatura exibida por este termometro não é exatamente a que estamos sentindo. Esta diferença entre a temperatura exibida no mostra- dor e a que sentimos é o que denominamos tem- peratura aparente ou sensação térmica. 28

Como vimos no sexto ano, nosso corpo percebe os estimulos do mundo exterior e interior através dos órgãos do sistema sensorial: visão, olfato, audição, paladar e tato. En- tretanto, enquanto existem órgãos localizados como ‘’sede’’ dos outros quatro sentidos, o tato está distribuido pelo maior órgão do nosso corpo, a pele. Os chamados termoreceptores distribuidos pela pele são responsáveis pela nossa percepção de variação de temperatura (sensação térmica) e são de extrema importância já que nós mantemos a temperatura corporal entre 36,1 graus celcius a 37,2 graus celcius, o que é vital para mantermos nossas células funcionando de forma compativel com a vida. O Planeta Terra / 7o ano A temperatura aparente do ar que nos cerca é influenciada por vários fatores, como a umidade relativa do ar, a velocidade e direção dos ventos, tipo de vestimenta e até mesmo de fatores socio-culturais e da fisiologia de cada um de nós. Há vários modelos de previsão e medidas da sensação térmica, ou índices de con- forto térmico, que consideram mais de uma centena de fatores que podem influenciar na temperatura que sentimos no ar a nossa volta, entretanto a sensação térmica sentida nestas circunstâncias são subjetivas e não expressam a temperatura medida cientifica- mente pelo termometro. A umidade absoluta do ar expressa a quantidade de vapor de água suspensa na at- mosfera em determinada região, é expressa em gramas de água por metro cúbico de ar. Percentualmente temos: 0% --- Ar seco De 0% a 3,9% ar úmido 4% ar saturado 29

A umidade relativa do ar é a relação entre a umidade absoluta e a quantidade máxima de água no estado de vapor que a atmosfera naquele local consegue manter sem que a água se condense e se transforme em orvalho. A organização mundial de saúde, cita como valores ideias para o corpo humano indices de 40% a 60% de umidade relativa do ar. Coleção Aprendendo Ciências TRANSMISSÃO DE CALOR Vimos que o calor é a energia térmica que passa de um corpo para outro, vamos es- tudar agora as formas de propagação da energia térmica. O calor pode se propagar entre os corpos e materiais de três modos distintos: por condução, convecção ou irradiação. Confira a seguir. Condução Extremidade Cabo da da colher colher Na condução, a energia térmica passa dire- tamente de uma molécula para outra por contato. Os Átomos próximos à fonte de calor aumentam sua agitação e colidem Vamos imaginar a seguinte situação: você está preparando uma bebida quente e esquece a com os demais átomos, agitando-os. colher de metal dentro da xícara. Quando volta para mexer a bebida com a colher, ela está tão quente que você não consegue segurá-la. Isso ocorreu devido à condução do calor, que se propagou pelo metal rapidamente. O calor da bebida quente é transferido para a extremidade da colher que está dentro do copo. Os átomos do metal da extremidade da colher passam a se agitar cada vez mais, e essa agitação vai sendo transferida para os átomos vizinhos, até chegar ao cabo da colher. A condução é o meio mais comum de trans- missão de calor entre os sólidos. Mas e se fosse uma colher de madeira? Ela esquentaria do mesmo jeito? 30

Não, pois a madeira é um péssimo condutor de calor. O Planeta Terra / 7o ano E o que são condutores térmicos? Os condutores térmicos, ou condutores de calor, são materiais que propagam e distribuem muito bem a energia térmica, como, por exemplo, os metais de maneira geral. Já a madeira, a lã, o isopor, o vidro, entre outros, são péssimos condutores de calor, ou seja, são isolantes térmicos, pois impedem a transmissão de calor de um meio para outro. Convecção A principal característica desse tipo de trans- missão de calor é que há o transporte de matéria. A convecção ocorre nos fluidos em geral (substâncias que não possuem forma própria), ou seja, nos gases e líquidos. Como se dá a convecção? Quando aquecemos um líquido ou um gás, suas moléculas passam a vi- brar com mais intensidade, o que faz com que elas se afastem umas das outras. Dessa forma, a subs- tância fica menos densa e sobe. Ao esfriar, suas partículas ficam mais próximas, a substância fica mais densa e desce. Vamos compreender melhor através de um exemplo: você sabe por que os aparelhos de ar- -condicionado devem ficar na parte de cima da parede? O aparelho de ar-condicionado esfria o ar que se encontra na parte de cima do ambiente. Esse ar agora mais frio fica mais denso (devido a dimi- nuição do volume pela aproximação das molécu- las) e desce. O ar que está próximo ao chão é mais quente, menos denso e sobe. Ao subir, é esfriado pelo ar-condicionado e desce, e assim sucessiva- mente. Nesse processo, há o transporte de matéria, ou seja, o ar fica subindo e descendo, e dessa ma- neira resfria de forma eficiente o ambiente. Se o aparelho de ar-condicionado ficasse na parte de baixo, o ar frio, que é mais denso, ficaria próximo ao chão, e o ar quente, que é menos denso, ficaria próximo ao teto. 31

A água em uma chaleira também é aquecida por convecção. A chama do fogão aquece inicial- mente a água que está em contato com a porção inferior da chaleira, isto faz com que a densidade da água da porção inferior diminua, fazendo com que a água aquecida suba e a água mais fria da porção superior desça, criando uma corrente de convecção, aquecendo todo líquido. Importante: tanto a condução quanto a convecção são processos que só acontecem em meio material, ou seja, não podem ocorrer no vácuo. Coleção Aprendendo Ciências Irradiação (ou radiação) Ondas eletromagnéticas No livro digital, em Ani- Ao contrário da condução e da convecção, a mações, veja a realidade irradiação pode ocorrer no vácuo. É através dela aumentada das ondas que o calor do Sol chega até o nosso planeta. eletromagnéticas. A irradiação é o processo de transferência de calor através de ondas eletromagnéticas. Os raios do Sol são exemplos dessas ondas. A ra- diação solar que chega à Terra é composta pelo infravermelho (calor), espectro visível (luz) e radia- ção ultravioleta. A irradiação explica um fenômeno natural muito importante para o surgimento e para a manutenção da vida na Terra: o efeito estufa. Os raios do Sol se espalham pelo espaço e, ao chegarem à Terra, atravessam a atmosfera e aquecem a superfície do nosso planeta. Parte do “calor” emitido pela superfície aquecida, não con- segue atravessar a camada de ar que nos envolve e fica retido aqui, o que mantém a temperatura da Terra em um nível agradável, propiciando a nossa existência. É o mesmo que ocorre quando vamos entrar em um carro que ficou estacionado no Sol com os vidros fechados! Os raios do Sol aquecem o ar dentro do carro e como o ar não tem como sair, ao abrirmos a porta, sentimos o ar quente. 32

Quando estamos ao lado de uma lareira e No livro digital, em Ani- O Planeta Terra / 7o ano sentimos o calor do fogo, ele está se propagando mações, veja sobre as através da irradiação. formas de propagação de calor. APLICAÇÃO DAS FORMAS James Dewar DE PROPAGAÇÃO DO CALOR Agora que já entendemos as três formas que a energia térmica pode ser transferida de um corpo para outro, vamos ver algumas aplicações da transferência de calor, ou impedimento desta transferência, usadas em nosso cotidiano. Garrafa térmica No final do século XIX, James Dewar, um cientista que trabalhava com pesquisas relativas a gases liquefeitos desenvolveu um recipiente para conservar estes gases no estado líquido, tal reci- piente deveria diminuir as trocas de calor entre os gases liquefeitos e o meio externo No início do século XX, o equipamento desen- volvido por Dewar foi adaptado para ser utilizado no cotidiano como um meio de diminuir as trocas térmicas entre a substância dentro do recipiente e o meio externo, ou seja, se a substância estava quente a garrafa térmica diminuiria a perda de calor para o meio. Se a substância é colocada no recipiente fria, diminuiria a absorção de calor do meio externo. Como vimos, o calor se propaga por con- dução, convecção e irradiação. Para diminuir as trocas por condução e convecção a solução foi criar vácuo entre duas paredes internas, já que as trocas por condução e convecção só ocorrem em meios materiais. Para dificultar as trocas por irradiação, que podem ocorrer no vácuo, a parede mais interna é espelhada, e, portanto, dificulta a troca de calor com o meio externo através da irradiação refletindo a radiação térmica para o interior da garrafa. 33

Coleção Aprendendo Ciências As paredes espelhadas no início eram de vidro, que além de refletir também é mau condutor de calor. Porém o vidro que era utilizado é um material frágil que se quebra facil- mente. Atualmente as paredes espelhadas são feitas de um plástico resistente revestido de material refletor ou de metais. As garrafas térmicas modernas conservam por mais tempo o café “quentinho’’ e o suco “geladinho”, entretanto o sistema não é 100% isolado, ocorrendo perda ou ganho de calor com o passar do tempo. Coletor solar Tomar um banho ‘’morno’’ com a temperatura entre 29 graus celsius e 38 graus celcius, tempe- ratura próximas do corpo humano, ou lavar louça com água aquecida são alguns dos confortos da modernidade. Entretanto, o consumo de energia elétrica para aquecer a água é bastante alto. Neste cenário, os coletores solares para aquecimento de água são uma das alternativas interessantes a serem pensadas. Este dispositivo utiliza a radiação solar para pré-aquecimento da água. A radiação solar incide na parte transparente do coletor, atravessando-a e parte desta radiação é coletada em uma placa de alumínio no interior do coletor que é pintada de preto, para melhor absorção do calor. 34

A tubulação de água vinda do reservatório Água quente se desloca para a está em contato direto com a placa de alumínio parte superior do reservatório pintada de preto que transmite o calor para a água que pode ser aquecida até 60 graus Celsius. A Reservatório água aquecida aumenta de volume, e diminui sua densidade e se desloca para a parte superior do Placa de alumínio reservatório, criando uma corrente de convecção. do coletor solar A água quente sai do reservatório pronta para Água fria vinda do reservatório uso pela parte superior, causando a entrada de mais água fria da caixa-d’agua no reservatório. Observe que o coletor solar utiliza os três mecanismos de transmissão de calor! Irradiação da energia térmica do sol. No livro digital, em Ani- O Planeta Terra / 7o ano mações, veja a o funcio- Condução desta energia para a água. namento da garrafa tér- mica e o coletor solar. Corrente de convecção criada pela água Juntas de dilatação de uma ponte. aquecida deslocando-se para a parte superior do reservatório, enquanto mais água entra no reservatório. DILATAÇÃO Observe a figura ao lado: você já viu essa es- trutura antes? Se não viu, já deve ter sentido ao passar de carro ou ônibus por alguma ponte. Es- sas estruturas lembram dentes de metal que se encaixam e servem para acomodar a dilatação da ponte durante os dias mais quentes. Mas o que é dilatação? Quando aquecemos um corpo, fornecemos energia a ele. Dessa forma, as suas moléculas co- meçam a se agitar mais rapidamente, precisando de mais espaço para se movimentar. Por isso, ocorre um aumento das dimensões desse corpo. Isso é dilatação: o aumento do volume de um corpo devido ao aumento de temperatura. 35

Aumento da Maior distância Dilatação temperatura entre as moléculas O contrário também ocorre: quando um corpo perde energia térmica, ou seja, quan- do sua temperatura diminui, as moléculas se movem mais devagar e ficam mais próximas, o que reduz as dimensões desse corpo. Redução da Menor distância Redução das temperatura entre as moléculas dimensões Coleção Aprendendo Ciências Cada substância apresenta um coeficiente de dilatação que indica a sua capacidade maior ou menor de dilatar em função da variação da temperatura. Há três tipos básicos de dilatação. Dilatação linear: é característica dos sólidos, corresponde a dilatação unidirecional do corpo (em extensão ou comprimento), em que a va- riação da largura e da altura são desprezíveis. Um exemplo clássico é a dilatação linear de um fio metálico fino quando aquecido, o com- primento do fio aumenta, mas sua largura e altura permanecem praticamente invariáveis Dilatação superficial (área): é também ca- racterística dos sólidos e a dilatação ocorre em duas dimensões, comprimento e largura (área) em corpos com altura desprezível. Por exemplo em uma chapa metálica muito fina que ao ser aquecida tem o comprimento e a largura aumentados (área), mas sua altura (espessura) permanece praticamente inalte- rada. 36

Dilatação volumétrica: Ocorre quando o sóli- Lembre-se que O Planeta Terra / 7o ano do aquecido tem um aumento no volume, ou calor é uma forma de seja, nas três dimensões (comprimento, largu- energia e temperatura é ra e altura). uma medida do grau de agitação das moléculas Se você observar as junções dos trilhos de um trem notará que há espaços que permitem a de um sistema. dilatação dos trilhos quando aquecido e suas contrações quando esfriados, se não fosse assim com o aquecimento do metal dos trilhos haveria, com a dilatação volumétrica o rompi- mento da linha férrea. Também é observada em líquidos e gases. EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO E A VIDA NA TERRA Anteriormente, vimos que o calor sempre vai de um corpo de maior temperatura pra outros cor- pos com menor temperatura, isto ocorre até que os corpos em contato entrem em equilíbrio térmico, ou seja adquiram a mesma temperatura. A manutenção das condições que permitem a vida na Terra depende de vários fatores, dois dos fatores que são vitais são fornecidos por nossa estrela, o Sol. O primeiro fator é a luz vinda do sol que permi- te que os vegetais façam a fotossíntese, transfor- mando gás carbônico e água em glicose e oxigênio. A glicose é o combustível celular básico que trans- forma a energia luminosa vinda do sol em energia química, armazenada na molécula de glicose. Gás carbônico + Água Luz solar Oxigênio + Glicose As células dos seres vivos ao receberem a glicose vão quebrá-la durante a respiração celular, transformando-a em CO2 água e energia Quando a glicose é queimada em cada uma das nossas células a energia química é transformada em energia mecânica (cinética e potencial) e energia térmica. Glicose + Gás oxigênio Água + Gás carbônico + Energia Energia química Energia cinética e térmica 37

Coleção Aprendendo Ciências A segunda dádiva da nossa estrela que che- ga até nós é a energia térmica que é vital para a manutenção da temperatura média da Terra, por volta de 15 graus Celsius. Entretanto, nem toda a energia do Sol que chega até a Terra é utilizada. 30% da energia que chega até a Terra é refletida pelas camadas superiores da nossa atmosfera e volta para o espaço. Os gases componentes da nossa atmosfera absorvem outros 20% desta energia, os 50% res- tantes são absorvidos pela vegetação, solo, ocea- nos, rios e lagos. A energia absorvida pelo solo, curso de água e atmosfera é responsável pelo aquecimento do nosso planeta, mantendo uma temperatura com- patível com as formas de vida da Terra. 38

Capítulo O Planeta Terra / 7o ano 4 Máquinas térmicas Motivando a pensar Na imagem acima é possível observarmos uma locomotiva à vapor em movimento. A locomotiva à vapor é um exemplo de máquina térmica. A fumaça saindo da chaminé indica que houve a queima de um combustível, a energia contida no combustível foi convertida em energia térmica que por sua vez foi convertido em trabalho. Até aqui já falamos algumas vezes sobre trabalho, vamos consolidar este conceito.

TRABALHO Quando você empurra uma mesa, deslocando-a para outro lugar, você está realizando um trabalho. Nas ciências, são necessários força e deslocamento para caracterizar o trabalho. Quando você levanta uma sacola do chão, também está realizando trabalho. Você aplicou uma força sobre a mesa ou a sacola, o que fez com que elas mudassem de posição, ou seja, houve um deslocamento. Quando temos uma força gerando um des- locamento temos trabalho. MÁQUINAS TÉRMICAS Coleção Aprendendo Ciências As máquinas térmicas são dispositivos Fonte Quente Trabalho capazes de realizar trabalho convertendo Fonte Fria mecânico parte da energia térmica gerada pela queima de um combustível em trabalho mecânico. De um modo geral, nas máquinas tér- micas o fluxo de calor é gerado por um combustível na chamada fonte quente, e parte deste calor é convertida em energia mecânica, fazendo por exemplo girar as pás de uma turbina (trabalho), outra parte considerável do calor é recolhida por uma fonte fria. Na fonte fria o calor é dissipado para o meio externo não sendo convertido em trabalho mecânico. Por isso o rendimento das máquinas térmicas é bastante baixo variando de 20% a 30% normalmente. Vamos ver agora dois exemplos de fun- cionamento de máquinas térmicas. Você, provavelmente, já observou uma panela de pressão, a água líquida absorve a energia térmica da chama e é transfor- mada em vapor (fonte quente). O vapor eleva a valvula (trabalho mecânico) e es- capa para o meio externo (fonte fria). Basi- camente é o mesmo princípio utilizado em uma locomotiva à vapor. 40

Trabalho Fonte Fria Parte do calor é convertido O resto do calor que não foi em energia mecânica rea- convertido em trabalho flui lizando trabalho ao elevar para a fonte fria que neste a válvula da panela. caso é o meio externo. Fonte quente Energia térmica da chama do fogão gera o fluxo de calor. A locomotiva à vapor é uma máquina térmica onde o combustível utilizado é o carvão O Planeta Terra / 7o ano ou a madeira, a energia térmica gerada pela queima do combustível aquece a água de uma caldeira, que é a fonte quente desta máquina térmica, transformando-a em vapor. O vapor aumenta a pressão e é conduzido até um cilindro, movimentando um pistão móvel que está conectado as rodas, produzindo energia mecânica que permite o deslo- camento. Observe que neste momento esta máquina térmica está realizando trabalho. Entretanto a maior parte da energia térmica é dissipada para o meio externo que funciona como a fonte fria. Fonte quente Fonte fria Combustível queima- O resto do calor que não foi convertido do na caldeira gera o em trabalho flui para a fonte fria que neste fluxo de calor. caso é a chaminé da locomotiva, liberando o calor para o meio externo. Trabalho Parte do calor é convertido em trabalho causando movimento de um pistão móvel conectado as rodas fazendo-as girar. 41

Coleção Aprendendo Ciências HISTÓRIA DAS MÁQUINAS TÉRMICAS Máquina térmica criada por James Watt. Carro patenteado por Karl Benz. Embora seja difícil imaginar o dia dia sem as maquinas térmicas como por exemplo a panela de pressão, os veículos à combustão interna como navios, aviões e carros o seu emprego para facilitar a vida da humanidade vem de longo tempo. Há relatos de tentativas de emprego destas máquinas desde o século I D.C. Já no século XVI Thomas Savery criou uma máquina deste tipo para retirar água de minas inundadas. No século XVIII a máquina de Savery foi utilizada para elevar cargas. Em 1763 James Watt criou máquinas térmicas mais eficientes que passaram a ser utilizadas em larga escala na indústria, contribuindo significati- vamente com a revolução industrial. Por volta de 1800 máquinas térmicas passaram a ser utilizadas no transporte humano e de cargas. Richard Trevi- thick produziu a locomotiva à vapor. Em 1886 Karl Benz criou o primeiro carro utilizando a queima da gasolina em um motor à combustão interna. Combustíveis Combustíveis são substâncias que ao reagirem com o oxigênio, ou outro comburente liberam a energia neles armazenada. C8H18 + O2 CO2 + H2O + Energia Gasolina (Combustível) Gás carbônico (poluente) Energia térmica Nas máquinas térmicas, a energia dos com- bustíveis é liberada em forma de energia térmica na fonte quente gerando o fluxo de calor. Uma parte do calor será transformada em energia mecânica enquanto outra parte se direcionará para fonte fria, sendo dissipada para o meio externo. Porém, o uso dos combustíveis para gerar energia se faz presente desde os primórdios da humanidade. Há dois milhões de anos o Homo erectus já utilizava a combustão da madeira como fonte de energia térmica. 42

As gorduras de animais e o carvão vegetal O Planeta Terra / 7o ano tambem foram fontes de energia utilizadas por nossos antepassados. Entretanto, com o passar do tempo novas formas de produzir energia foram criadas. Petróleo Com a descoberta do petróleo a matriz energética da humanidade ficou dependente da energia contida nos seus derivados. O gás na- tural, gás liquefeito de petróleo (GLP), gasolina, querosene, e óleo diesel são obtidos a partir das reservas petroliferas. Por ser um combustível fóssil o petróleo é um combustível não renovável, ou seja, com ritmo atual de extração deste recurso as reservas se esgotarão e não serão repostas à curto prazo pela natureza. Carvão mineral Outra forma de produzir energia mecânica a partir da energia térmica é o carvão mineral, que foi bastante utilizado durante o inicio da revolução industrial. Ainda hoje este combustível fóssil é utilizado na geração de energia termoelétrica. Assim como o petróleo, o carvão mineral é um combustível não renovável e quando uti- lizado de forma inadequada pode dar origem à chuva ácida, que é produzida quando os gases provenientes da queima do carvão mineral con- taminado com óxidos de enxofres reagem com a água da atmosfera provocando precipitações de ácido sulfúrico. A chuva ácida pode provocar doenças pulmonares, de pele, alergias e prejudi- car a vegetação local. Hoje a grande parte da utilização do carvão mineral ocorre nas termoelétricas por com- bustão que queimam carvão para transformam água líquida em água vapor e girar as pás de uma turbina gerando energia elétrica. 43

POLUIÇÃO CAUSADA PELOS COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Coleção Aprendendo Ciências Outro grande problema da utilização destas O excesso de gases poluentes na atmosfera formas de energia não renováveis são os gases amplifica o efeito estufa, retendo parte do calor emitidos pela sua utilização, que ao serem lançados que deveria ser devolvido ao espaço. no meio ambiente, interferem no efeito estufa. No capítulo anterior vimos que o efeito estufa é um fenômeno natural que participa da manutenção da temperatura adequada para a vida na terra, pois alguns gases presentes na atmosfera da terra são responsáveis por impedir que parte do calor vindo do sol seja refletido para o espaço. Entretanto, com o grande aumento da emissão de gases produzidos pela queima do carvão mineral e dos derivados de petróleo ocorre um aumento significativo destes gases na atmosfera retendo parte do calor que deveria ser refletido para o es- paço. A amplificação do efeito estufa, causada pelo ser humano, gera aumento na temperatura média da terra e mudanças nas condições dos ecossis- temas aquáticos. ENERGIA LIMPA E RENOVÁVEL Atualmente observa-se uma tentativa de mudança na matriz energética mundial bus- cando preservar as condições para manter o equilíbrio ecológico entre homem e natureza. Considera-se fontes de energia renováveis aquelas que podem ser repostas ciclica- mente, ou seja, estes recursos naturais não se esgotam ao serem utilizados. Estas fontes de energia causam menos danos ao meio ambiente em comparação às não renováveis. São exemplos de energias renováveis: Energia eólica Utiliza o vento para girar as pás de uma turbi- na que está conectada a um gerador para produzir energia elétrica, esta forma de energia ‘’limpa’’ está restrita a áreas em que haja vento suficiente para mover as pás de uma turbina. A grande vantagem, além de ser renovável, é que não há produção de resíduos que contaminem o meio ambiente. 44

Energia fotovoltaica O Planeta Terra / 7o ano A energia fotovoltaica é produzida por placas que transformam a luz solar em energia elétrica. É uma energia limpa, pois não há emissão de subs- tâncias poluentes, entretanto seu funcionamento está restrito a áreas onde a radiação solar é mais frequente. Combustão do etanol Uma das formas de produção de etanol é a par- tir da fermentação da cana de açúcar, embora seja um combustível renovável, a sua combustão tam- bém produz gases poluentes, por exemplo CO2. Entretanto, em relação aos combustíveis fósseis a poluição produzida é bem menor. Energia nuclear As termoelétricas nucleares utilizam o calor emitido por elementos radioativos para aquecer a água, transformando-a em vapor e fazendo girar as pás de um gerador elétrico. Conceitualmente, os elementos radioativos utilizados em uma usina nuclear tem reservas fin- daveis, Portanto é um combustível não renovável. Este tipo de energia, embora não produza gases que amplificam o efeito estufa, altera a temperatura da água que refrigera o reator que é jogada em fontes naturais de água, podendo levar a desequi- líbrios ecológicos serios, como por exemplo, a eli- minação dos corais. Além disso, a armazenagem dos subprodutos do material radioativo necessita de cuidados ex- tremos, é o denominado lixo radioativo. No livro digital, em Pesquisas, entenda sobre o Acordo de Paris, assinado por 196 países e discutido na COP27. 45

TRANSFORMAÇÕES SÓCIO HISTÓRICO ECONÔMICAS NA HISTÓRIA DAS MÁQUINAS TÉRMICAS Um dos marcos importântes nas mudanças das relações sociais e econômicas da humanidade é a utilização da energia térmica na transformação de água líquida em vapor em caldeiras transformando parte da energia térmica em energia mecânica gerada para movimentar as máquinas. Coleção Aprendendo Ciências A primeira A segunda revolução revolução industrial industrial Teve início no século XVIII, na Ocorrida entre os anos 1870 e 1914 surge Inglaterra, com o desenvolvimento através do desenvolvimento de novas tec- das máquinas à vapor que permi- nologias. O carvão mineral foi substituído tiram e aceleraram a produção de por novas fontes de produção de energia tecidos, o transporte de pessoas e como por exemplo a utilização do petróleo e mercadorias. seus derivados como combustíveis para as máquinas. Entretanto estas máquinas tér- micas necessitavam da utilização O avanço da indústria química, e a pro- de combustíveis não renováveis dução de energia elétrica alavanca outros como o carvão, o que gerou um tipos de indústria e permite o desenvolvi- aumento expressivo de substâncias mento dos motores à explosão utilzados em prejudiciais ao meio ambiente. veículos como os carros, barcos e aviões. A substituição do ferro pelo aço e a construção de ferrovias estão neste contexto. 46

As chamadas máquinas térmicas passaram a substituir centenas de pessoas produ- zindo o mesmo trabalho, deste modo, profundas transformações socias e econômicas surgem a partir das máquinas térmicas. O modo de produção realizado pelos artesões chamado de manufatura (produção com emprego das mãos) é substituido pela produção industrial com o uso de máquinários. A terceira O Planeta Terra / 7o ano revolução industrial A quarta revolução Ocorre nos anos finais do século XX e é também industrial conhecida como revolução tecnico-cientifica, pois não só aceleraram os processos de produção como também 47 aceleraram os avanços no campo científico. O desenvolvimento dos conhecimentos de gené- tica, das telecomunicações, da eletrônica, dos trans- portes, infraestruturas e da robótica estão conectados a esta fase da revolução industrial. Embora muitos avanços e benefícios tenham sido obtidos os custos são relevantes e o esgotamento dos recursos naturais e grandes impactos ambientais nos levam a pensar na necessidade atual de construirmos modelos de desenvolvimento sustentável e menos incisivos na vida das gerações futuras.

Unidade 2 Vida e Evolução

Capítulo O Planeta Terra / 7o ano 5 Ecologia Motivando a pensar Na ilustração acima podemos observar que diferentes espécies de seres vivos habitam diferentes localidades do mundo cada uma com suas caracte- rísticas de clima e vegetação. Como podemos organizar em níveis toda esta biodiversidade? O que é uma teia alimentar? Como a energia flui de um organismo para outro? O que são biomas? Quais são os biomas brasileiros e quais são suas características? De que forma o ser humano interfere no meio ambiente? Todas estas perguntas você será capaz de responder ao final deste capítulo! Vamos começar?

Coleção Aprendendo Ciências NIVEIS DE ORGANIZAÇÃO, DA CÉLULA À BIOSFERA Você, provavelmente, já viu, ouviu, leu ou até mesmo participou de suposições de como a vida surgiu ou se instalou em nosso planeta. Em volumes mais a frente iremos nos aprofundar não só nas hipóteses das possíveis origens da vida na Terra, mas também, como as milhões de espécies hoje existentes se originaram das espécies ancestrais. Entretanto, podemos partir de uma constatação segura: Todos os organismos que conhecemos são formados principalmente por quatro elementos químicos: Carbono, Hidrogênio, Oxigênio, e Nitro- gênio. Estes elementos ao se combinarem formam moléculas, que associadas determinam o padrão básico de todas as formas de vida na Terra: A célula. Conforme estudamos no 6o ano Dependendo do nível de organização (mais, ou menos complexo) as formas de vida podem ter apenas uma célula ou bilhões delas associadas em tecidos especializados que formam os órgãos que quando associados para executar funções complexas formam os siste- mas. O conjunto destes sistemas formam os orga- nismos mais complexos. Você também, provavelmente, ja deve ter ouvido várias vezes o termo espécie. Nas ciências o termos espécie é usado quando nos referimos a um conjunto de organismos que são capazes de produzir des- cendentes férteis, ou seja, gerar uma prole. Quando temos um conjunto de organismos pertencendo a uma mesma espécie e vivendo no mesmo local ao mesmo tempo temos uma popu- lação. Assim, podemos dizer, por exemplo, que o conjunto de pardais (Passer domesticus) de São Paulo é uma população. Observe entretanto, que a população dos pardais de São Paulo e dos pardais de Londres, embora pertencendo a uma mesma espécie são populações diferentes, pois estão isoladas geo- graficamente. Agora vamos observar os Pardais tico-ticos, os Sabiás e os canários de um bosque próximo a sua escola. 50