Nessa aula será apresentado e discutido o que é luz por meio das representações dos alunos confrontadas com as conceituações aceitas cientificamente. Os conteúdos abordados nessa aula são:

• luz como forma de energia radiante
• dualidade onda partícula
• propagação e velocidade da luz
• interaçãoda luz com a matéria (cor dos objetos)

Por tratar-se de uma aula introdutória ao curso de óptica, essa aula não possui conceitos prévios que sejam especificamente trabalhados. Entretanto, é adequado que o aluno possua uma ideia sobre o conceito de energia, o fenômeno da fotossíntese e a definição de velocidade média.

aula 1 - painel (5 min)
O professor deverá começar o curso informando que o tema principal a ser abordado é óptica. Numa primeira interação com os alunos, é sugerido ao professor fazer um painel com as primeiras ideias que os alunos têm sobre o assunto e que provavelmente serão estudados no curso. Nesse momento o professor pode perguntar "Quando eu falo óptica, o que passa pela sua cabeça?" A fim de não perder nenhuma informação, o professor deve, nesse momento, listar as repostas dos alunos na lousa já procurando agrupá-las em conceitos, instrumentos, fenômenos e outros (listar nessa categoria todas as palavras mencionadas pelos alunos que não se enquadram em nenhuma das outras categorias). As respostas dos alunos normalmente contemplam:

olho, luz, visão, óculos, telescópio, lâmpada, laser, radiação, ultravioleta, microondas, sol, reflexo (ou reflexão), máquina fotográfica, arco-íris, calor, interruptor, etc...

Mesmo quando uma palavra mencionada por um aluno parecer não fazer sentido com o contexto da atividade, lembre-se que alguma relação foi estabelecida. Nesse caso, para que o aluno não seja exposto diante dos demais, é sempre importante o professor perguntar ao aluno "Mas como isso que você disse tem relação com a óptica? Em que você está pensando? Eu não entendi, você poderia me ajudar a compreender?" Quando o aluno explica a relação estabelecida, ele nos fornece pistas acerca dos seu interesses e das suas concepções prévias sobre luz.
Embora não exista certo ou errado, uma possibilidade de agrupamento das respostas seria:

• conceitos: luz, calor, microondas, radiação

• instrumentos: óculos, olho, telescópio, máquina fotográfica, laser, microondas, interruptor

• fenômenos: reflexão, arco-íris, visão,

• outros: interruptor, sol,

Perceba que as palavras foram, em alguns casos, classificadas em mais de um grupo. Importante, nesse momento, é destacar como a luz permeia todas as palavras mencionadas.

Pergunta principal: o que é luz? Embora não estejamos esperando uma resposta definitiva, comente com os alunos que vamos procurar esgotar as representações e possibilidades de entendimento sobre esse conceito.

aula 1 - imagens (10 min)
A seguir, mostre a apresentação (arquivo ppt – oito imagens) com 8 figuras e peça que os alunos relacionem uma imagem determinada com a ideia que possuem de luz elaborando uma única frase. Explique que você indicará qual imagem deverá ser analisada por cada aluno. Com a finalidade de montar grupos de trabalhos para as atividades posteriores, proceda da seguinte forma:

imagem 1: alunos 1, 9, 17, 25, 33, ...

imagem 2: alunos 2, 10, 18, 26, 34, ...

imagem 3: alunos 3, 11, 19, 27, 35, ...

imagem 4: alunos 4, 12, 20, 28, 36, ...

imagem 5: alunos 5, 13, 21, 29, 37, ...

imagem 6: alunos 6, 14, 22, 30, 38, ...

imagem 7: alunos 7, 15, 23, 31, 39, ...

imagem 8: alunos 8, 16, 24, 32, 40, ...

Atenção: num primeiro momento, os alunos devem analisar as imagens e produzir uma frase individualmente.

aula 1 - pequenos grupos (25 min)
Em seguida, reúna os alunos que analisaram as mesmas imagens em pequenos grupos (dependendo do número de alunos, esses grupos podem conter entre 4 e 5 alunos) e peça que respondam coletivamente as perguntas:

O que é Luz?
Como enxergamos?

As respostas podem ser em forma de texto e/ou desenhos, mas é importante que possam ser comunicadas oral ou visualmente para o grupo todo.
Nos últimos 5 minutos de aula, o professor deverá recolher as respostas elaboradas pelos grupos.

Em casa, o professor deverá analisar as respostas dadas e preparar sua exposição de síntese levando em consideração as respostas dos grupos.

aula 2 - comunicação oral (15 min)
Ao devolver as anotações de cada grupo, o professor deve solicitar que cada grupo responda as perguntas formuladas na aula anterior para toda a turma. Exercite com os alunos a atenção a resposta dada pelos grupos, informando que somente novas contribuições deverão ser dadas à medida que os grupos comunicam suas respostas.

aula 2 - exposição de síntese (30 min)
Nesse momento da aula, o professor deverá realizar uma síntese das discussões acontecidas anteriormente, sistematizando na lousa, por exemplo, ideias, conceitos, definições que considerar pertinentes ao contexto da aula desenvolvida. Os temas sugeridos para discussão são:

• luz como forma de energia radiante
A luz é uma onda eletromagnética que transporta energia facilmente detectável. Basta ficarmos expostos à luz solar por alguns minutos para percebermos um aumento de temperatura na pele e até, dependendo do tempo de exposição, danos a ela como queimaduras e desconfortos. Essa energia transportada, quando incide num vegetal, possibilita a fotossíntese nas plantas. Numa calculadora solar, alimenta as células fotovoltaicas que transformam luz em energia elétrica.
A palavra radiante se refere à composição de luz por um conjunto de radiações (espectro eletromagnético – usar a figura Espectro eletromagnético (http://www.sobiologia.com.br/figuras/oitava_serie/ondas5.gif)
dividindo-se em visível (cores observadas na formação do arco-íris – freqüências para as quais o olho humano possui sensibilidade) e invisíveis (raios gama, raios x, ultravioleta, infravermelho, microondas e ondas de rádio, por exemplo). É importante mencionar que cada radiação é caracterizada por uma freqüência e que as radiações de maiores freqüências também são as que transportam maiores quantidades de energia. Comentar os maiores riscos associados às radiações ionizantes e a relação com o tempo de exposição também é relevante. Nesse momento é indicado proceder a leitura do texto luz e cor (aluno) disponível em http://pt.wikipedia.org/wiki/Cor
aula 3 – exposição de síntese (45 min)

• propagação e velocidade da luz
A luz só existe em movimento. Quando emitida pelo Sol, leva, cerca de, 8 minutos para atingir a superfície da Terra e percorrer os 150 000 000 km de distância média entre nosso planeta e nossa maior estrela. Sua velocidade no vácuo é de, aproximadamente, 300 000 km/s. O ano-luz (cerca de 10 quatrilhões de metros) é a distância que a luz percorre com sua enorme velocidade no intervalo de tempo de um ano (aproximadamente 32 milhões de segundos).

• efeito fotoelétrico e o comportamento corpuscular da luz
Quando luz incide sobre uma superfície metálica, pode ocorrer a ejeção de elétrons dependendo do material que constitui a placa e da freqüência da radiação incidente. Esse fenômeno foi explicado por Einstein ao propor que a luz fosse quantizada, isto é, composta de pacotes de energia (que mais tarde receberiam o nome de fótons). Cada fóton individualmente transporta uma quantidade de energia (proporcional a sua freqüência) que é transferida ao elétron da placa metálica a cada interação. Quando a energia transferida for superior a energia de ligação do elétron, este é ejetado. Caso contrário, a energia é absorvida pela placa aumentando sua temperatura. Quando a intensidade da luz é aumentada, ocorre um aumento na quantidade de fótons, mas não aumenta a energia individual deles. Existe uma simulação ideal para ilustrar o efeito fotoelétrico (http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Photoelectric_Effect) no PHET (repositório de objetos de aprendizagem da Universidade do Colorado). Recomendamos que a simulação efeito fotoelétrico seja utilizada nesse momento:

1. mostre o site do PHET e comente como estão organizadas as simulações;

2. identifique os comandos: intensidade, freqüência, placa metálica, opções de gráficos, pause, play e step, feixe de luz ou fótons;

3. coloque a intensidade em 10% e escolha radiação vermelha – perceba que nenhum elétron foi ejetado;

4. aumenta a intensidade até 100% e continue observando que nenhum elétron foi ejetado;

5. retorne as condições do item 3;

6. ajuste a freqüência para cor violeta e perceba o número de elétrons ejetados;

7. aumente suavemente a intensidade e perceba o que acontece com o número de elétrons ejetados.

8. Organize esse exemplo de conservação de energia pedindo aos alunos que estejam atentos a freqüência do fóton incidente e a velocidade com que os elétrons deixam a placa. Comente que para a relação ficar balanceada energeticamente, é preciso levar em consideração a função trabalho para “arrancar” o elétron do metal.

Sugira, como tarefa que os alunos continuem a “brincar” com a simulação em casa propondo o seguinte desafio:
A energia do fóton incidente é proporcional a sua freqüência. Devido ao princípio de conservação da energia, toda energia do fóton incidente deve ser utilizada para “arrancar” o elétron das ligações que o mantém preso a placa (função trabalho) e o acelerar em direção a outra placa (energia cinética). Sabendo isso, descubra qual a máxima freqüência que deve ter o fóton incidente para que o elétron não deixe a placa. Se ajudar, proponha que ele descubra qual a menor freqüência para que ainda exista um elétron ejetado. As respostas para a placa de sódio são, respectivamente, 541 nm e 538 nm. Pergunte também se alterar a intensidade interfere na resposta obtida.

• interação da luz com a matéria (cor dos objetos)
A percepção das cores refletidas pelos objetos pode ser explicada pela composição da luz solar (luz branca, poli-cromática) em radiações de freqüências diferentes de forma que cada uma delas corresponda a uma determinada cor. As cores primárias para a luz são verde, vermelho e o azul. Todas as cores que observamos resultam do estímulo dessas radiações nas células sensíveis que se localizam no interior do olho, sobre a retina. Quando vemos um objeto verde, significa que ocorre uma reflexão seletiva da luz branca incidente de forma que a radiação de freqüência correspondente a luz verde se propague do objeto até o interior do nosso olho. Se por caso, o objeto verde for iluminado por luz vermelha, enxergaremos o objeto escuro, pois nesse caso não há luz verde incidindo e, portanto, não haverá luz verde refletindo. Desta forma, a retina não será impressionada e, portanto não veremos o objeto. Recomendamos aqui outra simulação do (http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Color_Vision) PHET - cores da visão . Se o professor tiver a disposição uma sala de informática que acomode, no máximo, dois alunos por micro computador, é ideal que o faça. Caso isso não seja possível, passe o endereço eletrônico aos alunos para que realizem a atividade em casa:

1. É importante adquirir intimidade com os comandos. Na aba RGB Bulbs: altere as barras de intensidade e perceba o que acontece. Alterne para aba Single Bulb: desligue o filtro, perceba o que acontece e ligue novamente; mova o slider do filtro de cor e perceba o que acontece. Alterne (no menu a direita) para fonte monocromática; altere a cor da fonte experimentando diferentes cores com diferentes filtros.
Usando agora todo o potencial da simulação, responda as questões abaixo:

2. Que combinação de cores nos permite enxergar:
a. Branco?
b. Amarelo?
c. Rosa?
d. Roxo?

Dê sua resposta da forma mais clara possível, isto é, como se alguém fosse repetir o procedimento para obter o mesmo resultado. Informe, com a maior precisão possível, a posição de cada slider quando for o caso.

textos

efeito fotoelétrico (aluno) http://www.if.ufrgs.br/einstein/efeitofotoeletricodescoberta.html

efeito fotoelétrico (professor) http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol3/Num1/a08.pdf

luz e cor (professor) http://www.if.ufrj.br/teaching/luz/cor.html

luz e cor (aluno) http://pt.wikipedia.org/wiki/Cor

luz (professor) http://ciencia.hsw.uol.com.br/luz.htm
(escolher quais capítulos devem ser lidos com os alunos – são 16 ao todo, incluindo outras referências)

Leituras do GREF óptica http://cenp.edunet.sp.gov.br/fisica/gref/optica.aspx

(escolher quais leituras serão sugeridas aos alunos)

Imagens
Espectro eletromagnético http://www.sobiologia.com.br/figuras/oitava_serie/ondas5.gif

dispersão da luz http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/luz/imagens/luz-fundamentos-teoricos-1.gif

Nessa aula, o professor deverá realizar o processo de avaliação oferecendo ao aluno a possibilidade de produzir conhecimento relacionando tudo a que foi submetido anteriormente. com leituras de novos textos sobre o assunto a fim de organizar os saberes na forma de texto/imagem (produção própria) que poderá culminar numa mostra de painéis ou na construção de um blog (caso o professor tenha domínio dessa ferramenta digital). Serão oferecidos 8 temas sendo um para cada grupo, a fim de que seja produzida uma pergunta e uma resposta (ambas elaboradas pelos alunos) decorrente do tema proposto.
tema 1 - daltonismo
tema 2 – arco-íris
tema 3 – cones e bastonetes
tema 4 – visão noturna
tema 5 - ultravioleta
tema 6 - infravermelho
tema 7 - fosforescência
tema 8 - microonda