Paginas

sexta-feira, 19 de novembro de 2010

Espectros Solar

Tudo sobre o Universo
                                         
                                                     Plano de Aula
                                                     (ESPECTRO SOLAR)

                        
O que o aluno poderá aprender com esta aula
Os alunos poderão aprender com estas aulas, de forma lúdica e interativa, como o arco-íris é formado e ainda sobre a cor branca.
Duração das atividades
Aproximadamente 100 minutos; Duas (2) aulas.
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
Não há necessidade de que conhecimentos prévios sejam trabalhados para a efetuação destas aulas.
Estratégias e recursos da aula
As estratégias utilizadas serão:
- Aula interativa;
- Uso do Laboratório de Informática ou Sala de Vídeo.
- Desenvolvimento de dois (2) experimentos. 
Observamos que o professor deverá solicitar previamente aos alunos os materiais (como segue nas Tabelas 1 e 2) necessários para a realização dos experimentos.
Motivação:
O professor deverá mostrar aos alunos a imagem do Arco-íris (Fig.1) e perguntar o que sabem sobre ele.

Figura 1- Imagem do Arco-íris.


É importante que o professor ouça o que cada aluno sabe sobre o Arco-íris, para respeitar o conhecimento prévio de cada um. No entanto, ao final destas aulas, os alunos deverão conhecer a explicação científica sobre o fenômeno.

Atividade 1
Em seguida, o professor deverá apresentar o recurso abaixo aos alunos. 
Sugerimos que o recurso (Fig. 2) seja salvo em DVD e transmitido na Sala de Vídeo da escola, para que todos os alunos possam assisti-lo ao mesmo tempo.

Recurso:
Figura 2- Imagem do Recurso “De onde vem o Arco-íris?”
 

O Recurso é um episódio do programa "De onde vem?", da TV Escola, que explica como o arco-íris se forma, a partir da incidência da luz solar nas gotas de água. Neste vídeo, “Isaac Newton” (personagem que representa o cientista) apresenta a experiência do prisma para explicar a refração.

Atividade 2
Depois da apresentação do vídeo o professor deverá conversar com os alunos sobre o que viram para saber se têm dúvidas, bem como sobre o que entenderam e aprenderam com ele. 
É fundamental que a aula prossiga sem que dúvidas existam entre os alunos!
Assim, algumas questões norteadoras foram preparadas para este momento:
- Vocês se lembram que a mãe de Kika disse a ela que o arco-íris vinha da água da mangueira? Por que ela disse isso?
- Vocês se lembram quantas e quais são as cores básicas do arco-íris?
- O que acontece quando a luz branca do Sol penetra nas gotas de água da chuva, ou de uma cachoeira, por exemplo?
- O que é o espectro solar?
- A luz do Sol é branca por quê?
Feito isto, o professor deverá propor o desenvolvimento da experiência “A luz tem cor?”
 
Atividade 3
Para a realização da experiência “A luz tem cor?”, são necessários os seguintes materiais (Tabela 1):
Tabela 1- Materiais necessários para o desenvolvimento do experimento “A luz tem cor?”.
 

Materiais Necessários
Copo com água
Lanterna
Papel branco









com esta experiência os alunos poderão ver as cores do arco-íris refletidas no papel de cor branca, podendo, assim, entender melhor o que é a refração.

Como fazer?
§                                 Primeiro é preciso que os alunos, juntamente com a ajuda do professor, coloquem o papel em frente ao copo com água (Fig.3).




Figura 3 - Imagem referente ao primeiro passo do experimento
§     Em seguida, deverão colocar a lanterna ao lado do copo e acendê-la.
Figura 4 Imagem referente ao segudo passo do experimento
Por que acontece? 
Com esta experiência os alunos  poderão ver que o copo d’água faz exatamente o que o Sol faz com as gotas da chuva, isto é, separa as cores que formam o arco-íris fazendo com que as cores apareçam. 
Tal resultado acontece porque o copo d'água faz com a luz da lanterna faz
 exatamente o que a nuvem faz com a luz do Sol, ou seja, separa as cores da luz. A luz que parece não ter cor nenhuma, na verdade é uma mistura de cores coloridas. Juntas elas dão a luz invisível ou luz branca. Misturadas, não vemos cor nenhuma, mas se passarmos com alguma coisa que separe as cores, por exemplo, um copo d'água, veremos as cores separadas ou um arco-íris.

Atividade 4
Neste momento o professor deverá apresentar aos alunos quais são as sete cores que compõem o arco-íris.
Após a realização da experiência acima, bem como as discussões e esclarecimentos, sugerimos que o professor desenvolva um segundo experimento – “Formação da cor branca”, cuja principal finalidade é levar o aluno a compreender como a cor branca é formada. Para isto, é importante que o professor apresente aos alunos sobre as cores do arco-íris, que são: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, turquesa e violeta.
Os materiais necessários para a realização desta experiência encontram-se na Tabela 2 abaixo:
Tabela 2 – Matérias necessários para o desenvolvimento do experimento “Formação da cor branca”


Materiais Necessários
 
Cartolina branca
Cor vermelha
Cor laranja
Cor amarela
Cor verde
Cor azul
Cor turquesa
Cor violeta

Com esta experiência os alunos poderão entender que a cor branca é formada a partir da mistura das sete cores que o compõem.

Como fazer?
O professor deverá dar as seguintes instruções aos alunos:
• Cortem a cartolina como um disco redondo e deixem um buraco no meio para poder girá-lo .;

Dividam o disco em sete partes iguais (Fig. 6) e pintem cada parte com as cores da Tabela 2.

Figura 6– Imagem do espectro solar
 


● Girem-no rapidamente para ver o que acontece.
Após a confecção do espectro solar e o desenvolvimento do experimento (girar rapidamente a cartolina), o professor poderá fazer algumas perguntas para que o fechamento das aulas seja feito. Poderá perceber neste momento se os alunos têm dúvidas sobre o que viram durante as aulas. Sugerimos perguntas, tais como:
- Por que ao girar rapidamente o disco pintado não dava pra vê-lo colorido?
- Isso aconteceu por quê?
- O que vocês acharam de fazer esta experiência?
 
Com estas aulas os alunos terão a oportunidade de aprender sobre fenômenos da natureza de maneira interativa e lúdica, por isso o aprendizado terá maiores possibilidades de ocorrer, e, sobretudo, de maneira significativa!
Recursos Educacionais

Nome
Tipo
De onde vem o arco-íris?
Vídeo

Recursos Complementares
Folha de papel branco, copo de vidro, água, lanterna, cartolina, lápis de cores ou giz de cera (cores que compõem o arco-íris).
Avaliação
A avaliação deverá ser feita em todos os momentos das atividades propostas, para que as dúvidas que possam ocorrer sejam imediatamente esclarecidas, priorizando assim o aprendizado de todos os alunos.

Espectros Solar

                                         
                                        
                                                     Espectros Solar

                        
O que o aluno poderá aprender com esta aula
Os alunos poderão aprender com estas aulas, de forma lúdica e interativa, como o arco-íris é formado e ainda sobre a cor branca.
Duração das atividades
Aproximadamente 100 minutos; Duas (2) aulas.
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
Não há necessidade de que conhecimentos prévios sejam trabalhados para a efetuação destas aulas.
Estratégias e recursos da aula
As estratégias utilizadas serão:
- Aula interativa;
- Uso do Laboratório de Informática ou Sala de Vídeo.
- Desenvolvimento de dois (2) experimentos. 
Observamos que o professor deverá solicitar previamente aos alunos os materiais (como segue nas Tabelas 1 e 2) necessários para a realização dos experimentos.
Motivação:
O professor deverá mostrar aos alunos a imagem do Arco-íris (Fig.1) e perguntar o que sabem sobre ele.

Figura 1- Imagem do Arco-íris.
É importante que o professor ouça o que cada aluno sabe sobre o Arco-íris, para respeitar o conhecimento prévio de cada um. No entanto, ao final destas aulas, os alunos deverão conhecer a explicação científica sobre o fenômeno.

Atividade 1
Em seguida, o professor deverá apresentar o recurso abaixo aos alunos. 
Sugerimos que o recurso (Fig. 2) seja salvo em DVD e transmitido na Sala de Vídeo da escola, para que todos os alunos possam assisti-lo ao mesmo tempo.

Recurso:
 
Figura 2- Imagem do Recurso “De onde vem o Arco-íris?”
 

O Recurso é um episódio do programa "De onde vem?", da TV Escola, que explica como o arco-íris se forma, a partir da incidência da luz solar nas gotas de água. Neste vídeo, “Isaac Newton” (personagem que representa o cientista) apresenta a experiência do prisma para explicar a refração.

Atividade 2
Depois da apresentação do vídeo o professor deverá conversar com os alunos sobre o que viram para saber se têm dúvidas, bem como sobre o que entenderam e aprenderam com ele. 
É fundamental que a aula prossiga sem que dúvidas existam entre os alunos!
Assim, algumas questões norteadoras foram preparadas para este momento:
- Vocês se lembram que a mãe de Kika disse a ela que o arco-íris vinha da água da mangueira? Por que ela disse isso?
- Vocês se lembram quantas e quais são as cores básicas do arco-íris?
- O que acontece quando a luz branca do Sol penetra nas gotas de água da chuva, ou de uma cachoeira, por exemplo?
- O que é o espectro solar?
- A luz do Sol é branca por quê?
Feito isto, o professor deverá propor o desenvolvimento da experiência “A luz tem cor?”
 
Atividade 3
Para a realização da experiência “A luz tem cor?”, são necessários os seguintes materiais (Tabela 1):
Tabela 1- Materiais necessários para o desenvolvimento do experimento “A luz tem cor?”.
 
Materiais Necessários
Copo com água
Lanterna
Papel branco








Com esta experiência os alunos poderão ver as cores do arco-íris refletidas no papel de cor branca, podendo, assim, entender melhor o que é a refração.

Como fazer?
§                                 Primeiro é preciso que os alunos, juntamente com a ajuda do professor, coloquem o papel em frente ao copo com água (Fig.3).
Figura 3 - Imagem referente ao primeiro passo do experimento
§                                 Em seguida, deverão colocar a lanterna ao lado do copo e acendê-la (Fig. 4).

Figura 4 Imagem referente ao segudo passo do experimento
Por que acontece? 
Com esta experiência os alunos  poderão ver que o copo d’água faz exatamente o que o Sol faz com as gotas da chuva, isto é, separa as cores que formam o arco-íris fazendo com que as cores apareçam. 
Tal resultado acontece porque o copo d'água faz com a luz da lanterna faz
 exatamente o que a nuvem faz com a luz do Sol, ou seja, separa as cores da luz. A luz que parece não ter cor nenhuma, na verdade é uma mistura de cores coloridas. Juntas elas dão a luz invisível ou luz branca. Misturadas, não vemos cor nenhuma, mas se passarmos com alguma coisa que separe as cores, por exemplo, um copo d'água, veremos as cores separadas ou um arco-íris.


Atividade 4
Neste momento o professor deverá apresentar aos alunos quais são as sete cores que compõem o arco-íris.
Após a realização da experiência acima, bem como as discussões e esclarecimentos, sugerimos que o professor desenvolva um segundo experimento – “Formação da cor branca”, cuja principal finalidade é levar o aluno a compreender como a cor branca é formada. Para isto, é importante que o professor apresente aos alunos sobre as cores do arco-íris, que são: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, turquesa e violeta.
Os materiais necessários para a realização desta experiência encontram-se na Tabela 2 abaixo:
Tabela 2 – Matérias necessários para o desenvolvimento do experimento “Formação da cor branca”

Materiais Necessários
 
Cartolina branca
Cor vermelha
Cor laranja
Cor amarela
Cor verde
Cor azul
Cor turquesa
Cor violeta
Com esta experiência os alunos poderão entender que a cor branca é formada a partir da mistura das sete cores que o compõem.

Como fazer?
O professor deverá dar as seguintes instruções aos alunos:
• Cortem a cartolina como um disco redondo e deixem um buraco no meio para poder girá-lo .;


  .

● Dividam o disco em sete partes iguais (Fig. 6) e pintem cada parte com as cores da Tabela 2.


Figura 6– Imagem do espectro solar
 
● Girem-no rapidamente para ver o que acontece.
Após a confecção do espectro solar e o desenvolvimento do experimento (girar rapidamente a cartolina), o professor poderá fazer algumas perguntas para que o fechamento das aulas seja feito. Poderá perceber neste momento se os alunos têm dúvidas sobre o que viram durante as aulas. Sugerimos perguntas, tais como:
- Por que ao girar rapidamente o disco pintado não dava pra vê-lo colorido?
- Isso aconteceu por quê?
- O que vocês acharam de fazer esta experiência?
 
Com estas aulas os alunos terão a oportunidade de aprender sobre fenômenos da natureza de maneira interativa e lúdica, por isso o aprendizado terá maiores possibilidades de ocorrer, e, sobretudo, de maneira significativa!
Recursos Educacionais
Nome
Tipo
De onde vem o arco-íris?
Vídeo
Recursos Complementares
Folha de papel branco, copo de vidro, água, lanterna, cartolina, lápis de cores ou giz de cera (cores que compõem o arco-íris).
Avaliação
A avaliação deverá ser feita em todos os momentos das atividades propostas, para que as dúvidas que possam ocorrer sejam imediatamente esclarecidas, priorizando assim o aprendizado de todos os alunos.

Oque é luz?

A luz a forma como a conhecemos é uma gama de comprimentos de onda a que o olho humano é sensível. Trata-se de uma radiação electromagnética ou num sentido mais geral, qualquer radiação electromagnética que se situa entre a radiação infravermelha e a radiação ultravioleta. As três grandezas físicas básicas da luz (e de toda a radiação electromagnética) são: brilho (ou amplitude), cor (ou freqüência), e polarização (ou ângulo de vibração). Devido à dualidade onda-partícula, a luz exibe simultaneamente propriedades de ondas e partículas. Um raio de luz é a representação da trajetória da luz em determinado espaço, e sua representação indica de onde a luz sai (fonte) e para onde ela se dirige. O conceito de raio de luz foi introduzido por Alhazen. Propagando-se em meio homogêneo, a luz sempre percorre trajetórias retilíneas; somente em meios não-homogêneos é que a luz pode descrever "curva". Um raio de luz é a representação da trajetória da luz em determinado espaço, e sua representação indica de onde a luz sai (fonte) e para onde ela se dirige. O conceito de raio de luz foi introduzido por Alhazen. Propagando-se em meio homogêneo, a luz sempre percorre trajetórias retilíneas; somente em meios não-homogêneos é que a luz pode descrever "curva".

Tudo sobre o Universo: Refração

Tudo sobre o Universo: Refração

Refração

Índice de refração

Índice de refração é uma relação entre a velocidade da luz no vácuo (c) e a velocidade da luz em um determinado meio. Em meios com índices de refração mais baixos (próximos a 1) a luz tem velocidade maior (ou seja, próximo a velocidade da luz no vácuo). A relação pode ser descrita pela fórmula:
Em que: c é a velocidade da luz no vácuo (c = 3 x 108 m/s); v é a velocidade da luz no meio;
De modo geral, a velocidade da luz nos meios materiais é menor que c; e assim, em geral, teremos n > 1. Por extensão, definimos o índice de refracção do vácuo, que obviamente é igual a 1. Portanto, sendo n o índice de refracção de um meio qualquer, temos:
A velocidade de propagação da luz no ar depende da frequência da luz, já que o ar é um meio material. Porém essa velocidade é quase igual a c = 3 x 108 m/s para todas as cores. Ex.: índice de refracção da luz violeta no ar = 1,0002957 e índice de refracção da luz vermelha no ar = 1,0002914. Portanto, nas aplicações, desde que não queiramos uma precisão muito grande, adoptaremos o índice de refracção do ar como aproximadamente igual a 1:
Como vimos, as cores, por ordem crescente de frequências, são: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo (anil) e violeta.
A experiência mostra que, em cada meio material, a velocidade diminui com a frequência, isto é, quanto "maior" a frequência, "menor" a velocidade.
Portanto como , concluímos que o índice de refracção aumenta com a frequência. Quanto "maior" a frequência, "maior" o índice de refracção.
Note como o cano verde parece partir-se dentro dos copos
Em geral, quando a densidade de um meio aumenta, o seu índice de refracção também aumenta. Como variações de temperatura e pressão alteram a densidade, concluímos que essas alterações também alteram o índice de refracção. No caso dos sólidos, essa alteração é pequena, mas para os líquidos, as variações de temperatura são importantes, e no caso dos gases tanto as variações de temperatura como as de pressão devem ser consideradas.
A maioria dos índices de refracção é menor que 2; uma exceção é o diamante, cujo índice é aproximadamente 2,4. Para a luz amarela emitida pelo sódio, sua frequência é f = 5090.1014Hz e cujo comprimento de onda no vácuo é λ = 589nm. Essa é a luz padrão para apresentar os índices de refracção.
Consideremos dois meios "A" e "B", de índices de refracção nA e nB; se nA > nB, dizemos que "A" é mais refringente que "B".

Continuidade Óptica

Consideremos dois meios transparentes A e B e um feixe de luz dirigindo-se de A para B. Para que haja feixe refratado é necessário que .
Quando nA = nB, não há luz reflectida e também não há mudança na direção da luz ao mudar de meio; dizemos que há continuidade óptica.
Quando temos um bastão de vidro dentro de um recipiente contendo um líquido com o mesmo índice de refração do vidro, a parte do bastão que está submersa, não refletindo a luz, fica "invisível".

Índice de refracção relativo

Se o índice de refracção de um meio A é nA e o índice de um meio B é nB, definimos:
nAB = índice de refração do meio A em relação ao meio B =
nBA = índice de refração do meio B em relação ao meio A =
Sendo vA e vB as velocidades da luz nos meios A e B, temos:

Leis da refração

Consideremos dois meios transparentes A e B e um feixe estreito de luz monocromáctica, que se propaga inicialmente no meio A, dirigindo-se para o meio B. Suponhamos, ainda, que uma parte da luz consiga penetrar no meio B e que a luz tenha velocidades diferentes nos dois meios. Nesse caso, diremos que houve Refracção. O raio que apresenta o feixe incidente é o raio incidente (i), e o raio que apresenta o feixe refractado é o raio refractado (r).

A primeira lei da Refração

O raio incidente, o raio refratado e a normal, no ponto de incidência, estão contidos num mesmo plano.
A normal é uma reta perpendicular à superfície no ponto de incidência, θA é denominado ângulo de incidência e θB, ângulo de refração.

 A segunda lei da Refração

Os senos dos ângulos de incidência e refracção são diretamente proporcionais às velocidades da onda nos respectivos meios.
Ou seja:
I
Dessa igualdade tiramos:
II
A Segunda Lei da Refracção foi descoberta experimentalmente pelo holandês Willebrord van Royen Snell (1591-1626) e mais tarde deduzida por René Descartes, a partir de sua teoria corpuscular da luz. Nos Estados Unidos, ela é chamada de Lei de Snell e na França, de Lei de Descartes; em Portugal e no Brasil é costume chamá-la de Lei de Snell-Descartes.
Inicialmente a Segunda Lei foi apresentada na forma da equação II; no entanto, ela e mais fácil de ser aplicada na forma da equação I.
Observando a equação I, concluímos que, onde o ângulo for menor, o índice de refracção será maior. Explicando melhor: se , o mesmo ocorre com seus senos, ; logo, para manter a igualdade da equação I, . Ou seja, o menor ângulo θB ocorre no meio mais refringente, nB.
Pelo princípio da reversibilidade, se a luz faz determinado percurso, ela pode fazer o percurso inverso. Assim, se ela faz o percurso XPY, ela pode fazer o percurso YPX. Mas, tanto num caso como no outro, teremos:
Quando a incidência for normal, não haverá desvio e teremos , e, portanto, , de modo que a Segunda Lei também é válida nesse caso, na forma da equação I:

Caso de ângulos pequenos

Na tabela seguinte, apresentamos alguns ângulos "pequenos" expressos em graus e radianos, com o respectivo valor do seno e da tangente:
Ângulo em graus
Ângulo em radianos
Seno
Tangente
0
0
0
0
2
0,035
0,035
0,035
4
0,070
0,070
0,070
6
0,105
0,104
0,105
8
0,140
0,139
0,140
10
0,174
0,174
0,176

Observando esta tabela, percebemos que, para um ângulo θ, até aproximadamente 10° temos:
quando θ está expresso em radianos. Assim, para ângulos pequenos, a Segunda Lei da Refracção pode ser escrita:
para ângulos em radianos e em graus (devido ao fator de conversão entre radianos e graus ser o mesmo para todos os angulos - 180/pi).