Plano de aula de densidade e empuxo com laboratório virtual
Atualizado em 2026-10-02
Este plano de aula de densidade e empuxo usa um laboratório virtual gratuito para que os alunos respondam à pergunta mais antiga da sala de ciências, "Por que algumas coisas flutuam?", com medidas em vez de palpites. Eles calculam a densidade a partir da massa e do volume, comparam blocos de mesma massa e de mesmo volume, identificam materiais misteriosos e depois pesam a água que um bloco flutuante empurra para o lado. Tudo está pronto para usar: objetivos de aprendizagem, preparação, previsões, uma atividade passo a passo com as leituras que os alunos devem obter, um conjunto de cinco perguntas para o link da turma, uma extensão sobre empuxo e ideias de diferenciação. Todos os números vêm dos modelos das próprias simulações.
A aula em resumo
- Nível: 6º ao 9º ano do ensino fundamental (11 a 15 anos), ciências físicas. A extensão sobre empuxo serve ao 8º ano do ensino fundamental ao 1º ano do ensino médio.
- Tempo: uma aula de 55 a 60 minutos, mais uma extensão opcional de 20 minutos.
- Conhecimento prévio: massa em quilogramas, volume em litros, divisão de decimais.
- Formato: duplas em notebooks, tablets ou celulares, ou a turma toda com um projetor.
- Simulações: Densidade – afunda ou flutua. Extensão: Empuxo – laboratório e formas.
Objetivos de aprendizagem
Ao final da aula, os alunos conseguem:
- Calcular a densidade com D = m/V e dá-la em kg/m³.
- Prever se um bloco flutua ou afunda na água comparando a sua densidade com 1.000 kg/m³.
- Explicar por que só a massa e só o volume não decidem a flutuação.
- Identificar um material a partir da densidade medida.
- Enunciar que um objeto flutuante desloca a sua própria massa de água (princípio de Arquimedes).
O que a simulação faz
A simulação de densidade tem três telas.
- Introdução: um bloco em um tanque de 100 L. Escolha um material, Isopor (150 kg/m³), Madeira (800), Gelo (920), Tijolo (2.000), Alumínio (2.700) ou Ferro (7.800), ou Personalizado. Controles deslizantes definem a massa (0,1–30 kg) e o volume (1–10 L). Para um material da biblioteca, mover um controle move o outro, e assim a densidade fica fixa. A leitura mostra D = m/V, "Flutua" ou "Afunda", o volume debaixo da água e o nível de água do tanque.
- Comparar: quatro blocos, de A a D, com a mesma massa, o mesmo volume ou a mesma densidade. Um controle deslizante define o valor compartilhado. Toque em um bloco para ler seus m, V e D.
- Mistério: cinco blocos sem rótulo. Arraste um para a balança digital para ler a massa dele e para dentro do tanque para ler o volume pelo nível da água. Os alunos então escolhem o material em uma lista e pressionam Verificar. Uma tabela de densidades de referência pode ser mostrada ou ocultada.
Alguns detalhes que vale conhecer antes da aula:
- Litros e quilogramas facilitam a conta. 1 L de água tem massa de 1 kg, então D em kg/m³ é 1.000 × (m em kg) ÷ (V em L).
- Blocos flutuantes enganam o tanque. Na tela Mistério, um bloco flutuante só mostra parte do seu volume, a menos que os alunos o segurem totalmente submerso (passo 4).
- Novos blocos embaralha a tela Mistério. As respostas deste plano valem para os blocos que aparecem quando a simulação abre.
Materiais e preparação antes da aula
Materiais: um dispositivo por dupla (ou um projetor), as tabelas abaixo em papel e uma calculadora.
Preparação (10 minutos, uma única vez):
- Abra a simulação na tela Introdução com Madeira selecionada. Esses são os valores iniciais: um bloco de 4,00 kg e 5,00 L.
- Clique em Compartilhar e crie um link para cada turma, por exemplo "Ciências · 1ª aula". Deixe Mostrar tabela de densidades de referência ligado para a maioria das turmas.
- Opcional: na aba Perguntas, digite o conjunto de perguntas abaixo e ligue-o ao link. As duas previsões bloqueiam a simulação até cada aluno se comprometer com uma resposta. Veja o guia Prever–Observar–Explicar para a rotina.
- Publique o link, ou abra-o em modo de apresentação e mostre o QR code.
Sequência da aula
1. Provocação e previsões (7 minutos)
Projete a tela Introdução. Arraste o bloco de madeira para baixo da água e solte: ele sobe balançando e se acomoda com 80% debaixo da água. Depois peça que os alunos se comprometam com duas previsões, no papel ou no link:
- P1. "Um bloco de madeira flutua com 80% dele debaixo da água. Você o corta ao meio. Como o meio bloco flutua?"
- P2. "Um bloco de 4,0 kg flutua na água. Quantos litros de água ele empurra para o lado?"
Muitos alunos esperam que a metade menor flutue mais alto, "porque é mais leve". Poucos têm um número para a P2. Não corrija ninguém ainda.
2. Densidade na tela Introdução (12 minutos)
As duplas escolhem cada material, ajustam o controle de volume para 2,0 L e copiam a leitura. As três últimas colunas são para você; deixe-as em branco na cópia dos alunos.
| Material | V (L) | m (kg) | D (kg/m³) | Flutua ou afunda | Debaixo da água | Nível do tanque |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Isopor | 2,00 | 0,30 | 150 | flutua | 0,30 L (15%) | 100,3 L |
| Madeira | 2,00 | 1,60 | 800 | flutua | 1,60 L (80%) | 101,6 L |
| Gelo | 2,00 | 1,84 | 920 | flutua | 1,84 L (92%) | 101,8 L |
| Tijolo | 2,00 | 4,00 | 2.000 | afunda | 2,00 L (100%) | 102,0 L |
| Alumínio | 2,00 | 5,40 | 2.700 | afunda | 2,00 L (100%) | 102,0 L |
| Ferro | 2,00 | 15,60 | 7.800 | afunda | 2,00 L (100%) | 102,0 L |
Peça às duplas dois padrões. Boas respostas: "Tudo o que tem menos de 1.000 kg/m³ flutua" e "Em um bloco que flutua, os litros debaixo da água são iguais aos seus quilogramas; em um bloco que afunda, são iguais ao seu volume."
Agora confira a P1. Escolha Madeira e mova o controle de volume de 4,0 L para 1,0 L. A massa acompanha (3,20 kg, depois 0,80 kg), a densidade fica em 800 kg/m³ e o bloco flutua com 80% debaixo da água todas as vezes. Cortar um bloco não muda do que ele é feito.
3. Mesma massa, mesmo volume, mesma densidade (10 minutos)
Mude para a tela Comparar. Mantenha Mesma massa em 1,5 kg e toque em cada bloco.
| Bloco | m (kg) | V (L) | D (kg/m³) | Resultado |
|---|---|---|---|---|
| A | 1,50 | 5,00 | 300 | flutua |
| B | 1,50 | 1,88 | 800 | flutua |
| C | 1,50 | 0,56 | 2.700 | afunda |
| D | 1,50 | 0,19 | 7.800 | afunda |
Mesma massa, mas dois flutuam e dois afundam. Pressione Mesmo volume (4,0 L): as massas passam a 1,20, 3,20, 10,80 e 31,20 kg, e A e B continuam flutuando. Por fim, pressione Mesma densidade e ajuste 800 kg/m³: os quatro flutuam, grandes ou pequenos. Ajuste 1.500 kg/m³: os quatro afundam.
A conclusão surge sozinha: nem a massa nem o volume decidem; quem decide é a densidade. O guia principal usa esta tela como demonstração para a turma toda, se você quiser uma versão mais curta.
4. Identifique os blocos misteriosos (12 minutos)
Mude para a tela Mistério. As duplas pesam cada bloco na balança, medem o volume dele no tanque, calculam D e escolhem o material. O gabarito para os blocos que aparecem quando a simulação abre:
| Bloco | m (kg) | V (L) | D (kg/m³) | Material |
|---|---|---|---|---|
| A | 7,80 | 1,00 | 7.800 | Ferro |
| B | 23,40 | 3,00 | 7.800 | Ferro |
| C | 10,80 | 4,00 | 2.700 | Alumínio |
| D | 4,00 | 5,00 | 800 | Madeira |
| E | 17,80 | 2,00 | 8.900 | Cobre |
Observe o bloco D. Jogado no tanque, ele flutua e mostra "4,00 L (parcial)", o que dá 1.000 kg/m³ e nenhuma correspondência na tabela. As duplas que o empurram totalmente para baixo enquanto o seguram leem "5,00 L (cheio)" e obtêm 800 kg/m³. Essa é uma habilidade real de laboratório: um objeto flutuante precisa de um peso ou de um empurrão para ter o volume medido. Observe também que A e B são os dois de ferro, com massas bem diferentes.
Para uma segunda rodada, ou um gabarito diferente por turma, pressione Novos blocos. Dois dos cinco blocos novos são sempre do mesmo material.
5. Verificação de saída (5 minutos)
Use as perguntas 3 a 5 do conjunto abaixo. Depois abra Ver respostas e mostre lado a lado as colunas Previsão e Depois para a P1 e a P2.
Conjunto de perguntas para esta aula
Digite-as na aba Perguntas da simulação. Instruções para os alunos sugeridas: "Use primeiro a tela Introdução. Leia m, V e D na leitura sob os controles deslizantes. Escreva as densidades em kg/m³."
1. Múltipla escolha · Antes, como previsão · Perguntar de novo depois da simulação
- Pergunta: "Um bloco de madeira flutua com 80% dele debaixo da água. Você o corta ao meio. Como o meio bloco flutua?"
- Opções: Mais alto, com menos de 80% debaixo / Igual, com 80% debaixo (correta) / Mais baixo, com mais de 80% debaixo / Afunda
- Explicação: "Cortar o bloco divide ao meio a massa e o volume dele, então a densidade fica em 800 kg/m³. A fração debaixo da água é a densidade do bloco dividida pela da água: 800 ÷ 1.000 = 80%. Na tela Introdução, um bloco de madeira de 4 L e outro de 1 L flutuam os dois com 80% debaixo."
2. Número · Antes, como previsão · Perguntar de novo depois da simulação
- Pergunta: "Um bloco de 4,0 kg flutua na água. Quantos litros de água ele empurra para o lado?"
- Resposta: 4,0, margem de erro ± 0,1, unidade L
- Explicação: "Um bloco flutuante afunda até a água que ele empurra para o lado pesar o mesmo que o bloco. 4,0 kg de água têm um volume de 4,0 L. Não importa o tamanho do bloco, desde que ele flutue: o bloco de madeira de 5 L da tela Introdução tem 4,00 L debaixo da água."
3. Número · Depois da simulação
- Pergunta: "Um bloco tem massa de 17,80 kg e volume de 2,00 L. Qual é a densidade dele?"
- Resposta: 8900, margem de erro ± 100, unidade kg/m³
- Explicação: "D = m/V = 17,80 kg ÷ 2,00 L = 8,9 kg por litro. Um litro é 0,001 m³, então D = 8.900 kg/m³. A tabela de referência da tela Mistério associa isso ao cobre, e ele afunda porque 8.900 é mais que 1.000."
4. Múltipla escolha · Depois da simulação
- Pergunta: "Na tela Comparar com Mesma massa, os blocos A e B flutuam e os blocos C e D afundam. Por quê?"
- Opções: A e B são maiores, então são mais leves / A e B têm densidade abaixo de 1.000 kg/m³ (correta) / C e D são mais pesados / A água é mais funda sob C e D
- Explicação: "Os quatro blocos têm a mesma massa, 1,5 kg, então a massa não pode ser a razão. A (300 kg/m³) e B (800 kg/m³) são menos densos que a água e flutuam. C (2.700) e D (7.800) são mais densos que a água e afundam."
5. Resposta curta · Depois da simulação
- Pergunta: "Na tela Mistério, um bloco flutuante deu uma densidade de 1.000 kg/m³. O que deu errado e como corrigir?"
- Respostas aceitas (opcional): *debaixo*
- Resposta modelo: "O bloco flutuou, então só parte dele estava debaixo da água e o tanque mostrou um volume pequeno demais. Isso fez a densidade parecer maior do que é. Empurre o bloco totalmente para baixo enquanto o segura e leia o volume cheio: 5,00 L em vez de 4,00 L dá 800 kg/m³, madeira."
As perguntas 1 e 2 são as previsões, feitas de novo depois da simulação para os alunos compararem. O guia de avaliação formativa explica como ler os resultados entre turmas.
Extensão: o princípio de Arquimedes no laboratório de empuxo
O laboratório de empuxo acrescenta forças. Na tela Laboratório, controles deslizantes definem a densidade do líquido (300–3.000 kg/m³), a gravidade (com botões Lua, Terra e Júpiter) e a massa e o volume do bloco. Um béquer ao lado do tanque recolhe exatamente o volume de líquido que o bloco desloca, e a leitura mostra o empuxo F_A e o peso P em newtons.
O bloco inicial tem 5 kg e 5 L, exatamente tão denso quanto a água, então a leitura diz "fica em equilíbrio". Peça às duplas que sigam esta sequência, deixando o bloco se acomodar a cada vez:
| Configuração | Estado | Béquer | F_A (N) | P (N) |
|---|---|---|---|---|
| m = 4,0 kg, V = 5,0 L, água, Terra | flutua | 4,00 L | 39,20 | 39,20 |
| mesmo bloco, Lua | flutua | 4,00 L | 6,40 | 6,40 |
| mesmo bloco, Júpiter | flutua | 4,00 L | 99,20 | 99,20 |
| mesmo bloco, líquido de 1.600 kg/m³, Terra | flutua | 2,50 L | 39,20 | 39,20 |
| m = 10,0 kg, V = 5,0 L, água, Terra | afunda | 5,00 L | 49,00 | 98,00 |
Perguntas para fazer:
- "Por que F_A e P são iguais em todo bloco que flutua?" Flutuar significa que as forças se equilibram, então o empuxo é igual ao peso.
- "Por que o bloco não flutua mais alto na Lua?" A gravidade reduz o peso e o empuxo pelo mesmo fator, então os mesmos 4,00 L de água ainda equilibram o bloco.
- "O bloco que afunda repousa sobre uma balança no fundo do tanque. O que ela marca?" 49,0 N: o peso menos o empuxo, 98,00 − 49,00. Pergunte o que um mergulhador sente ao levantar uma pedra debaixo da água.
Para um relatório de laboratório completo, veja como criar uma atividade de laboratório virtual.
Diferenciação
Apoio:
- Use só Isopor, Madeira, Tijolo e Ferro no passo 2 e entregue a tabela com os materiais preenchidos.
- Na tela Mistério, deixe a tabela de referência ligada e faça só os blocos A, C e E.
- Dê inícios de frase: "O bloco flutua porque a sua densidade é…" e "Só a massa não decide porque…"
- Forme duplas em que um aluno arrasta os blocos e o outro registra, e depois troquem.
Desafio:
- Use Personalizado na tela Introdução para montar um bloco que flutue exatamente com metade debaixo da água (por exemplo, 2,5 kg e 5,0 L, 500 kg/m³) e depois explique a regra.
- Preveja as massas de "Mesmo volume" do passo 3 antes de pressionar o botão.
- No laboratório de empuxo, encontre o líquido mais leve do controle deslizante no qual o bloco de 4,0 kg e 5,0 L ainda flutua (810 kg/m³; com 800 kg/m³ ele fica em equilíbrio) e explique por que ele afunda com 700 kg/m³.
Alunos que estão aprendendo o idioma: as simulações estão disponíveis em seis idiomas. Crie um segundo link no idioma do aluno, para que os rótulos sejam familiares enquanto a discussão continua em português.
Alinhamento com padrões
Esta aula se encaixa na unidade de densidade das ciências físicas do ensino fundamental e nos temas de densidade e empuxo do GCSE Physics (currículo do Reino Unido). O NGSS (padrões de ciências dos EUA) não tem uma expectativa de desempenho dedicada à densidade ou à flutuação, então não afirmamos nenhuma. A aula exercita três práticas do NGSS: Planejar e Realizar Investigações, Analisar e Interpretar Dados, e Usar Matemática e Pensamento Computacional.
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Perguntas frequentes
Por que a simulação usa litros e não centímetros cúbicos?
Os litros mantêm os números simples e se ligam diretamente aos quilogramas de água. Converta para os alunos que precisam de cm³: 1 L = 1.000 cm³, e 1.000 kg/m³ = 1 g/cm³.
Por que um bloco com exatamente 1.000 kg/m³ se comporta de modo estranho?
Um bloco exatamente tão denso quanto a água não tem motivo para subir ou descer, então o resultado depende de onde você o solta. Evite esse caso na aula principal. O laboratório de empuxo o rotula como "fica em equilíbrio".
Os alunos podem fazer esta aula no celular?
Sim. Os alunos abrem o link sem conta. Os controles deslizantes funcionam bem em telas de toque; arrastar os blocos na tela Mistério é mais fácil em um tablet ou notebook.