Desafio do Catapulta Solar

Desenvolvida por: Sidine… (com assistência da tecnologia Profy)

Área do Conhecimento/Disciplinas: Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Temática: Energia Térmica e Mecânica

A atividade 'Desafio da Catapulta Solar' propõe um ambiente de aprendizado ativo e prático onde os alunos do 1º ano do Ensino Médio serão incentivados a explorar os princípios da física, particularmente os relacionados à termodinâmica e à conversão da energia térmica em energia mecânica, através da concepção e construção de catapultas operadas por energia solar. Utilizando materiais recicláveis e mecanismos como pequenos painéis solares, os estudantes trabalharão em grupos para projetar seus protótipos, promovendo assim o desenvolvimento de habilidades colaborativas, criativas e analíticas. A pesquisa sobre conceitos termodinâmicos e energias renováveis antecederá a fase de construção, integrando o conhecimento teórico à prática. O desafio final medirá a eficácia da conversão de energia, avaliando qual catapulta consegue atingir a maior distância ao lançar um pequeno objeto. Além de engajar os alunos em um aprendizado significativo sobre a conversão de energia, a atividade enfatiza a importância das energias renováveis e da sustentabilidade.

Objetivos de Aprendizagem

Este projeto visa fornecer aos alunos uma compreensão aprofundada dos conceitos de energia, particularmente focando na transformação de energia térmica em mecânica e no papel vital das energias renováveis na atualidade. Através do design e da construção de um modelo funcional de catapulta solar, os estudantes poderão aplicar na prática os conhecimentos termodinâmicos adquiridos, aprimorando assim suas habilidades de pesquisa, trabalho em equipe, pensamento crítico e solução de problemas. Este exercício prático fortalece a conexão entre teoria e prática, preparando os alunos para compreender e enfrentar desafios tecnológicos e ambientais com uma perspectiva cientifica inovadora.

Compreender os principais conceitos da termodinâmica e sua aplicação na conversão de energia térmica em mecânica.
Desenvolver habilidades de pesquisa e síntese de conhecimento teórico para aplicação prática.
Aprimorar o trabalho em equipe e a comunicação eficaz durante a execução de um projeto colaborativo.
Aplicar conhecimentos em tecnologias renováveis e sustentabilidade no processo de design e construção.
Estimular a criatividade e a inovação no desenvolvimento de soluções tecnológicas para problemas reais.

Habilidades Específicas BNCC

EM13CNT102: Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.

Conteúdo Programático

O conteúdo programático da atividade cobre os conceitos fundamentais da termodinâmica, o estudo das energias renováveis, com um foco específico na energia solar, e sua aplicação prática na engenharia e tecnologia. Além disso, os alunos explorarão a sustentabilidade e as práticas ambientais conscientes na seleção de materiais e na concepção de seus projetos. Através deste programa, será incentivada a reflexão crítica sobre o papel da ciência e da tecnologia no atendimento as demandas energéticas globais e na promoção de um futuro sustentável.

Introdução à Termodinâmica e suas leis
Conversão de Energia Térmica em Mecânica
Energias Renováveis, com foco em Energia Solar
Princípios de Design e Construção Sustentável
Aplicação de Tecnologias Digitais em Prototipagem

Metodologia

A metodologia da atividade está ancorada nos princípios da aprendizagem ativa, estimulando os alunos a serem protagonistas da construção do seu conhecimento. Inicialmente, será realizada uma introdução aos temas chave seguida pela formação de grupos para a pesquisa e desenvolvimento dos projetos. As aulas serão divididas entre estudos teóricos, sessões práticas de construção dos protótipos e simulações digitais. Será promovido um ambiente de troca e de feedback contínuo entre os grupos, facilitando a evolução dos projetos em um ciclo iterativo de design, teste e otimização.

Pesquisa e estudo dirigido sobre conceitos chave
Trabalho em grupo para design e construção dos protótipos
Sessões práticas de montagem e testes dos dispositivos
Utilização de simulações digitais para aprimoramento dos projetos
Competição final para avaliação dos protótipos

Aulas e Sequências Didáticas

Com um total de 20 horas a serem distribuídas em 24 aulas de 50 minutos, a atividade se divide em fases de pesquisa, design, construção, teste e competição. As primeiras sessões serão dedicadas à fundamentação teórica e pesquisa. Seguirá-se a fase de planejamento e construção dos protótipos, intercalada com momentos de avaliação e otimização. A conclusão do projeto se dará com a competição final e a reflexão sobre os aprendizados.

Aula 1-3: Introdução aos conceitos da atividade e formação dos grupos
Aula 4-6: Pesquisa sobre termodinâmica e energias renováveis
Aula 7-12: Design e planejamento dos protótipos
Aula 13-18: Construção e testes preliminares das catapultas
Aula 19-23: Otimização dos protótipos e ensaios para a competição
Aula 24: Competição final e avaliação dos projetos

Avaliação

A avaliação da atividade será holística, considerando tanto os aspectos individuais quanto em grupo. Os critérios incluem o entendimento e a aplicação dos conceitos termodinâmicos, a criatividade e inovação no design dos protótipos, a eficácia na conversão de energia térmica em mecânica, além da eficiência e trabalho em equipe durante todo o processo. A competição final será um momento de avaliação prática, onde os protótipos serão testados quanto à sua capacidade de lançamento. Juntamente, a reflexão sobre os processos de construção e as escolhas projetuais constituirá componente crucial da pontuação final.

Materiais e ferramentas:

Para a realização da atividade, será necessário dispor de materiais recicláveis, pequenos painéis solares, ferramentas básicas de construção, computadores com software de simulação para desenhos e cálculos, e espaços adequados para a montagem e testagem dos protótipos. A escola deverá também disponibilizar recursos digitais como plataformas de pesquisa e de colaboração online para facilitar o trabalho em equipe e a documentação dos projetos.

Materiais recicláveis (papelão, plásticos, elásticos, etc.)
Pequenos painéis solares e motores
Ferramentas básicas de construção (tesouras, colas, fita adesiva)
Software de simulação e design assistido por computador
Espaços para trabalho em grupo e testagem dos protótipos

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