O tempo que o tempo tem. An?lise do movimento aparente da Terra em torno do Sol.
Estrutura Curricular
| Modalidade / Nível de Ensino | Componente Curricular | Tema |
|---|---|---|
| Ensino M?dio | F?sica | Conhecimentos b?sicos e fundamentais |
| Ensino M?dio | F?sica | Mec?nica e funcionamento do universo |
| Ensino M?dio | F?sica | Movimento, varia??es e conserva??es |
| Ensino M?dio | F?sica | Universo, terra e vida |
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
- Identificar as componentes do movimento aparente da Terra em rela??o ao Sol.
- Analisar as vari?veis deste movimento ao longo de per?odos maiores.
- Relacionar a hora local e as esta??es do ano com a posi??o do Sol no c?u.
- Mensurar a dura??o do dia claro em rela??o a posi??o do Sol.
Como sugest?o introdut?ria, o professor poder? acompanhar as aulas em:
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=27968
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=26847
Duração das atividades
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
O aluno dever? ter apenas conceituar as componentes do movimento de rota??o, transla??o e precess?o da Terra. Nos links abaixo, os conceitos poder?o ser revisados:
http://www.brasilescola.com/geografia/movimento-rotacao.htm
http://www.brasilescola.com/geografia/movimento-translacao.htm
Estratégias e recursos da aula
Introdu??o
O objetivo desta aula ? que os alunos sejam capazes de relacionar as componentes do movimento aparente do Sol em rela??o a Terra, bem como a sua interfer?ncia na dura??o do dia claro, esta??es do ano e posi??es do Sol no c?u.
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Etapa 1 - Sala de Inform?tica
O professor iniciar? a aula, fazendo uso do programa Stellarium, que pode ser encontrado em: http://www.stellarium.org/pt/ . Com o programa aberto, o professor colocar? na janela de localiza??o a sua cidade, a fim de que a visualiza??o coincida com os fen?menos observados localmente.
No primeiro passo, na posi??o leste, o professor colocar? no rel?gio de tempo local, um hor?rio por volta do nascer do Sol do dia 21 do presente m?s, e pedir? aos alunos para que observem esta posi??o. Com a janela de tempo aberta, mudar? somente o m?s, pedindo mais uma vez a observa??o da posi??o aparente do Sol no seu nascer. A leitura local, ser? semelhante as fotos abaixo:
Figura 1 - Nascer do Sol em 21/02 Figura 2 - Nascer do Sol em 21/04 Figura 3 - Nascer do Sol em 21/06
Figura 4 - Nascer do Sol em 21/08 Figura 5 - Nascer do Sol em 21/09 Figura 6 - Nascer do Sol em 21/11
Figura 7 - Nascer do Sol em 21/12
O aluno poder? observar, que ao longo de um ano, o Sol n?o nasce sempre na mesma posi??o, embora seja sempre a dire??o Leste. Como temos a sensa??o de que a Terra ? plana, e temos uma ab?bada nos envolvendo, o movimento aparente do Sol "risca" no c?u trajet?rias que possuem comprimentos diferentes ao longo de um ano, sendo assim a dura??o do dia claro local (per?odo de um dia com a presen?a do Sol no c?u) possuir? per?odos diferentes. Solicite aos alunos que reparem que por volta dos dias 21/06 e 21/12 o Sol "para" mais ao Norte, (em 21/06) ou mais ao Sul em (21/12). Esta "parada" do Sol, configura os dias de Solst?cios de inverno ou de ver?o. A palavra Solst?cio, tem na etimologia "Sol est?tico". Entre estes dois Solst?cios, que s?o o dia mais longo do ano e o dia mais curto do ano, ter?amos os dias de Equin?cios. Nos equin?cios, a dura??o do dia claro e da noite ter?o o mesmo per?odo. A etimologia da palavra remete a equi = igual, n?cio = noite. Para visualizar este movimento aparente o professor poder? utilizar o aplicativo: http://gruposputnik.com/Paginas_com_Flash/Heliacal%20Rising%20Simulator.htm
Figura 8 - Aplicativo do Nascer Hel?aco
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Modifique a latitude, registrando a sua localidade. Em seguida, modifique as horas do dia, observando o movimento aparente do Sol ao longo de um dia. Repita o procedimento para observar a trajet?ria do Sol no c?u ao longo de um ano. Outro simulador semelhante, poder? ser encontrado em: http://gruposputnik.com/Paginas_com_Flash/Sun%20Motions%20Demonstrator.htm
No intuito de demonstrar a dura??o do dia claro local, o professor tamb?m poder? fazer uso do aplicativo: http://gruposputnik.com/Paginas_com_Flash/Daylight%20Hours%20Explorer.htm. Neste aplicativo o professor modificar? a latitude para transcorrer em um per?odo escolhido ao ano o per?odo onde o Sol est? presente no C?u.
Neste momento, o professor iniciar? um debate com os alunos dos motivos e das causas recorrentes destas observa??es. Os aplicativos permitiram que estas an?lises que levariam anos para que fossem pass?veis de registros, fossem anotadas em alguns minutos. Na segunda etapa, os alunos estar?o prontos a obter outras conclus?es.
O movimento de rota??o da Terra em torno do Sol, n?o ? perpendicular ao plano da ?rbita, sendo assim, a incid?ncia solar combinada com o movimento de transla??o proporciona ao longo de um ano, maior ou menor favorecimento da incid?ncia dos raios solares, ocasionando as esta??es do ano. O professor poder? levantar o questionamento da possibilidade da eixo de rota??o ser perpendicular ao plano da ?rbita. Caso este modelo fosse vigente, n?o ter?amos esta??es do ano. Outra quest?o que pode ser debatida, ? que ao meio dia, o Sol est? a pino no c?u. O educador pode mediar a discuss?o levantando possibilidades e encaminhando a discuss?o na demonstra??o de que dependendo de sua latitude, em nenhum dia do ano isso acontecer?.
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Etapa 2 - Constru??o do Rel?gio de Sol
Depois de todas estas discuss?es, o professor poder? solicitar aos alunos a constru??o do rel?gio de Sol. A atividade a seguir, foi extra?da das atividades pr?ticas da XVI Olimp?ada Brasileira de Astronomia e Astron?utica.
Objetivo: Construir um rel?gio solar
Introdu??o: O Sol tem um comportamento extremamente regular em sua aparente trajet?ria di?ria no c?u. Usaremos esta regularidade do aparente movimento do Sol para construirmos um rel?gio solar. Vamos orient?-lo para que construa este rel?gio, cujas horas ser?o lidas pela sombra de um ponteiro fixo sobre uma base na qual est?o marcadas as horas.
Teoria: Voc? sabe que aparentemente o Sol gira ao redor da Terra e que gasta 24 horas para dar uma volta completa. Num c?rculo temos 360 graus, logo, dividindo 360 graus por 24 horas obtemos 15 graus para cada hora (360/24 = 15). Ou seja, o Sol ?gira? 15 graus em cada hora ao redor da Terra. Se voc? ainda n?o estudou ?ngulos e como medi-los, n?o se preocupe com isso e v? para o pr?ximo item. Nosso rel?gio ser? bem simples, pois ter? s? um ponteiro e somente as linhas das horas inteiras, ou seja, ele n?o vai marcar minutos e segundos, contudo seu ponteiro ser? paralelo ao eixo de rota??o da Terra e o ?disco das horas?, paralelo, obviamente, ao plano do equador terrestre.
A trivial constru??o do rel?gio de sol (veja na Fig. 1 os materiais que vai usar):
1) Recorte as figuras que cont?m os mostradores da face Sul e Norte, respectivamente, e cole, primeiro, o mostrador da face norte (se mora no hemisf?rio Sul) (se mora no hemisf?rio Norte, cole, primeiro, a face do hemisf?rio Sul) sobre uma folha de papel?o, que tenha exatamente as mesmas dimens?es dos mostradores.
2) Se o papel?o for grosso (mais que 3 mm), fa?a um ?sulco? sobre a linha tracejada, mas do lado oposto do papel?o. Se usar papel?o de caixas de sapato o ?sulco? ? praticamente desnecess?rio. Se usar papel?o ondulado, cuide para que as ?ondula??es? do papel?o fiquem paralelas ? linha tracejada. Isso facilita em muito a dobra do mesmo.
3) Dobre, temporariamente, na linha tracejada, num ?ngulo reto (90 graus), entre a base e o mostrador do rel?gio de Sol.
4) Abra um clipe grande de papel de um ?ngulo igual a 90 graus menos a latitude de sua cidade. Exemplo: a cidade do Rio de Janeiro tem latitude de, aproximadamente, 23 graus, ent?o vamos abrir o clipe de 90 ? 23 = 67 graus. Use o quadrante da Figura 2 e veja a Figura 3. Para saber a LATITUDE da sua cidade, consulte a professora de geografia, ou acesse, por exemplo:
http://support.google.com/maps/bin/answer.py?hl=pt-BR&answer=18539 1'
5) Fixe, com fita adesiva, o clipe j? aberto entre a face Norte e a base se sua cidade est? no hemisf?rio Sul. Veja detalhe na Figura 4.
6) Fixe, com fita adesiva, o clipe j? aberto entre a face Sul e a base se sua cidade est? no hemisf?rio Norte.
7) Atravesse PERPENDICULARMENTE o centro do mostrador com um palito de dente (ou algo similar e at? maior).
8) Fure o centro do outro mostrador. Corte na linha tracejada do mostrador ainda n?o colado. Cole apenas o mostrador no verso do papel?o, mas de forma que os centros de ambos mostradores coincidam. Atravesse-os com o palito de dente e deixe metade deste de cada lado dos mostradores. Este palito projetar? a sua sombra sobre o ?mostrador das horas? onde voc? poder? ler as horas.
A orienta??o do rel?gio de Sol, isto ?, como posicion?-lo no ch?o.
Claro que o rel?gio de sol s? funciona sob o Sol e numa certa dire??o privilegiada. Qual dire??o? A Norte ? Sul. Sim, o rel?gio de Sol tem que ficar com o seu ponteiro (o palito de dente) ao longo da linha NORTE-SUL.
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Figura 9. Materiais a serem usados
Figura 10. Imagem de um quadrante de transferidor, a qual poder? ser usada no momento de ?abrir? o clipe.
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Figura 11. Clipe aberto com o ?ngulo de 90? menos o ?ngulo da latitude do lugar (Rio de Janeiro, neste exemplo).
Figura 12. Detalhe da fixa??o do clipe para uma localidade no hemisf?rio Sul.
Figura. 13. Posi??o final do Rel?gio de Sol, para uma localidade no hemisf?rio Sul ou Norte. Para obter as imagens em tamanho maio, acesse: www.cecb.edu.br/.../2169-oba-atividades-praticas-de-2012.html
De posse do rel?gio de Sol, os alunos far?o a montagem dos sistemas e desta forma, poder?o fazer um comparativo entre a hora no rel?gio de Sol e o rel?gio de pulso. Podemos iniciar a discuss?o sobre o dia m?dio no planeta e como a parte clara do dia pode sofrer varia??es n?o s? ao longo de um ano com tamb?m para diferentes latitudes.
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Etapa 3 - Mudan?a de Latitude
Depois da an?lise local, os alunos est?o prontos para abstrair o modelo de sua cidade, para uma cidade em outro Hemisf?rio. Se voc? efetuou a atividade em uma cidade no Hemisf?rio Sul, execute esta etapa para uma cidade do Hemisf?rio Norte e vice-versa. Vamos supor que a sua cidade seja do Hemisf?rio Sul, e portanto nesta etapa voc? escolher? a cidade de Londres. Com o uso do Globo terrestre, caso sua escola n?o possua um utilize um mapa, mostre a posi??o de Paris e levante os seguintes questionamentos
1) Em qual dia do ano o Sol estr? por mais tempo presente no C?u? Neste per?odo, qual a esta??o do ano local que se inicia?
2) Em qual dia do ano o Sol est? por menos tempo presente no C?u?Neste per?odo, qual a esta??o do ano local que se inicia?
3) Em quais dias o tempo do Sol presente no C?u ? igual ao per?odo de sua aus?ncia?Neste per?odo, quais as esta??es do ano que se iniciam?
De posse do programa Stellarium, mais uma vez, o professor registrar? a cidade de Londres e colocar? as datas mencionadas, simulando as situa??es propostas relacionado com as previs?es sugeridas pelos alunos.
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Utilizando o Globo mais uma vez, efetue as mesmas perguntas apontadas acima, para uma latitude superior ao C?rculo Polar ?rtico; uma latitude de 84? por exemplo. Este exerc?cio mental j? envolve uma complexidade maior, mas alguns alunos conseguir?o ler a possibilidade de que em alguns momentos do ano o Sol n?o vai aparecer, e em outros momentos, o Sol n?o ir? se p?r, gerando o fen?meno do " Sol da meia-noite." Utilizando o Stellarium, por mais uma vez, o professor simular? relacionado tanto a dura??o do dia, como as esta??es do ano. Assista aos filmes abaixo para finalizar esta an?lise:
Recursos Complementares
Uma atividade extra pode ser proposta para um grande grupo de alunos. Esta proposta ir? requerer muita paci?ncia e disciplina. O professor poder? pegar uma das janelas da sala ou da escola, que estiverem voltadas para o Sol durante o per?odo de aulas. Em todos os dias durante o per?odo letivo, sempre no mesmo hor?rio, o professor de posse de uma caneta de ponta hidrogr?fica, far? uma marca no vidro da janela do Sol naquele instante. Ao longo de um ano, teremos o s?mbolo de Lemniscata, tamb?m conhecido como s?mbolo do infinito. Sugerimos que o professor n?o revele aos alunos a figura que ser? formada, mas instigue a todos qual ser? o ponto seguinte, discutindo sempre o porque de cada posi??o sempre relacionando com o calend?rio do ano das esta??es.
Figura 14. Analema Solar em cidade da Alemanha.
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Voc? poder? procurar in?meras fotografias sobre analemas nos mais diversos s?tios da Internet. Para se aprofundar ainda mais no tema,acesse: http://www2.dm.ufscar.br/profs/salvador/jornada/Ciencias_e_Matematica_do_Sol_e_do_Gnomon.pdf
H? muito material no portal do MEC e no Banco Internacional de Objetos Educacionais, sobre esta??es do ano e clima que tamb?m podem ser consultados em:
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=1187
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=37276
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/6217
Avaliação
O objetivo desta avalia??o, ? promover a discuss?o sobre tudo aquilo que foi estudado e discutido. Os alunos poder?o resolver estas perguntas em grupos e o professor finalizar? a discuss?o reunindo as respostas e promovendo um debate final. Esta atividade poder? ser executada na sala de inform?tica, ou at? mesmo em casa, pois ? interessante um intervalo de tempo para pesquisa e an?lise.
1 - Como voc? separa as esta??es do ano para sua regi?o? Voc? pode dizer que na sua regi?o existem quatro esta??es?
2- Quais as propriedades do eixo da Terra que s?o respons?veis pelas esta??es do ano?
3 - Em quais esta??es do ano os dois hemisf?rios da Terra recebem a mesma quantidade de luz ou calor? Porque essas esta??es n?o s?o as mesmas j? que os dois hemisf?rios recebem a mesma quantidade de calor?
4- Se por algum motivo a Terra n?o tivesse mais a componente de movimento de rota??o, mas mantivesse a transla??o, o que aconteceria com o dia e a noite?
5- O planeta Urano possui o seu eixo de rota??o praticamente paralelo ao plano de sua ?rbita ao longo de seu per?odo de Tansla??o. Como s?o as esta??es do ano em Urano?