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Ondas – A luz - uma propagação ondulatória.

 

16/06/2010

Autor e Coautor(es)
José Marcelo Gomes
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VICOSA - MG COL DE APLICACAO DA UFV - COLUNI

Edson Luis Nunes, Daniel Rodrigues Ventura, Isnard Domingos Ferraz, José Ângelo de Faria.

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Educação de Jovens e Adultos - 1º ciclo Estudo da Sociedade e da Natureza Seres humanos e o meio ambiente
Ensino Médio Física Som, imagem e informação
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula

Entender a luz, suas classificações e suas características como perturbação ondulatória.

--Saber diferenciar fenômenos ondulatórios que acontecem com um mesmo tipo de onda (neste caso a luz), e parecem semelhantes mas não são;

--Saber diferenciar fenômenos ondulatórios diferentes em função das diferentes fontes de geração;

--Entender onde e em que situação estes fenômenos acontecem, em se tratando de tecnologia e seres vivos.

Duração das atividades
Uma aula de 50 minutos.
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

Classificação de ondas quanto às suas características físicas e quanto a direção de vibração das partículas do meio, e gradezas associadas ao movimento ondulatório.

Estratégias e recursos da aula

Comece a aula fazendo uma breve revisão sobre classificação de ondas e grandezas físicas associadas a elas. Pergunte aos alunos se alguém sabe fazer um resumo sobre o assunto. Anote no quadro as respostas corretas sobre classificação até que a revisão fique completa. Depois faça o mesmo com grandezas associadas ao movimento ondulatório.

Atividade 1:

Leve para a sala de aula uma lanterna com luz bem forte, uma com luz bem fraca, uma lâmpada incandescente e uma fluorescente e um prisma. Ligue a lanterna forte e a fraca e pergunte qual a diferença entre elas dados que as duas usam pilhas e as duas possuem uma lâmpada que parecem semelhantes, ou seja, o quê que faz a diferença entre as luzes das lanternas? Ligue agora a lâmpada incandescente e a fluorescente (uma delas pode ser a da própria sala de aula). Peça para que notem que a incandescente possui luz um pouco amarelada e a fluorescente luz completamente branca. Pergunte qual o porque desta diferença? Decomponha a luz solar usando o prisma e mostre na parede branca ou num anteparo branco as diferentes cores. Pergunte porque isto acontece? Deixe que tentem responder sem discutir com eles suas respostas.

Agora diga que o que vamos fazer é analisar a luz, uma das propagações ondulatórias mais importantes no nosso dia a dia. A luz é o agente físico que, atuando nos órgãos visuais dos seres vivos, provoca a sensação chamada de visão. Sua importância não se resume apenas ao fato de, por intermédio dela, podermos ver uns aos outros, assistir um telejornal na TV ou interagirmos com os objetos do mundo. Ela vai muito além disso.

Com base no seu espectro de frequências a luz se divide em seis grupos, cujos respectivos  comprimentos de ondas podem ser vistos na Figura 1. Como pode-se observar nesta figura, o que nós seres humanos podemos ver (ou seja, o que chamamos de luz) são apenas as frequências entre 4.1014 Hz a 8.1014 Hz. Pode-se observar que, comparativamente, o espectro é gigantesco diante do que podemos ver.

(Figura 1 - O espectro eletromagnético - Figura de autoria pessoal)

Dê agora exemplos de aplicações científicas das várias faixas do espectro. As ondas dos aparelhos de comunicação, como rádio, TV e telefones celulares encontram-se na faixa de 106 Hz a 108 Hz. O forno de micro-ondas que temos nas nossas cozinhas em casa emite micro-ondas na faixa de 109 Hz a 1011 Hz. Os controles remotos de nossos aparelhos eletrodomésticos operam, aproximadamente, entre 1012 Hz a 1014 Hz. Os aparelhos de raios X, que são muito usados em hospitais, operam nas frequências em torno de 1017 Hz a 1019 Hz, e por fim os raios γ que operam em frequências em torno de 1022 Hz. Como pode-se ver, quando alguém disse que “estamos mergulhados num mar de ondas” fica claro que, tanto ondas sonoras quanto ondas luminosas fazem parte de nosso dia a dia em quase todas as situações possíveis, desde momentos de trabalho até nas horas de lazer.

Vamos agora estudar a luz quantitativamente. Sua velocidade de propagação no vácuo é de aproximadamente 300000000 m/s. Em meios materiais este valor vai diminuindo, podendo chegar até, aproximadamente, 17 m/s num material desenvolvido em laboratório chamado de Condensado de Bose-Einstein. E, como já vimos, seus comprimentos de onda podem variar de 104 m a 10-16 m, sendo que apenas o que os seres humanos podem ver, que é chamado de luz, possui comprimentos de onda, aproximadamente, em torno de 4,5.10-7 m a 6,5.10-6 m. A luz possui sua classificação dada com onda eletromagnética e transversal.

Informe ainda que o que chamamos de luz visível se divide em várias cores, do vermelho ao violeta, cada uma delas com sua frequência e comprimento de onda próprios. Diga ainda que os tipos de problemas visuais dos seres humanos, que na sua maioria são decorrentes da idade, serão estudados a posteriori em aulas específicas sobre o aparelho visual humano. Para finalizar informe que a frequência é uma característica da luz que é constante, ou seja, se a luz vermelha, que possui sua frequência própria, muda de meio, os valores de sua velocidade e comprimento de onda mudam, mas sua frequência continua a mesma.

Atividade 2:

Peça agora para os alunos responderem as questões colocadas no início da aula: qual a diferença entre a luz forte e fraca? Qual a diferença entre luz branca e luz amarela? Peça para que expliquem o fenômeno luminoso chamado arco-íris. Se alguém responder parabenize-o, senão o professor deve dar a eles a resposta correta e explicá-la. Peça para usem, se necessário o material que o professor trouxe, para poderem observar melhor as diferenças.

Atividade 3:

A próxima atividade é fazer os alunos  responderem as seguintes perguntas (pode ser em grupos de 3 pessoas. Esta atividade pode ser passada na forma de trabalho extra-classe):

1) quando olhamos para o céu, tudo que vemos existe?

2) quando olhamos para o céu estamos vendo-o exatamente como ele é, ou como ele foi? Porque?

3) porque, quando ocorre um relâmpago, a gente vê primeiro o raio e só depois ouve trovão, dados que ambos são fenômenos ondulatórios, tanto o som quanto a luz?

4) é possível que, para alguns animais seus “ouvidos” sejam seus “olhos”? Se sim dê exemplos e diga como esse mecanismo funciona;

5) é possível gerar um arco-íris com a mangueira de regar jardim da sua casa? Se sim explique, aproximadamente, o que deveria ser feito.

Recursos Complementares

Aprenda mais sobre a luz:

Portal São Francisco: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/luz/luz-3.php 

UOL Educação: http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u26.jhtm

Wikipedia: http://pt.wikipedia.org/wiki/Luz 

NEWTON, V.B; HELOU, R.D.; GUALTER, J.B. Tópicos de Física 2 – Termologia, Ondulatória e Óptica. São Paulo: Editora Saraiva, Vol. 2, 448p., 18a Ed., 2007.

Avaliação

Elabore questões onde se pede a determinação dos valores das variáveis v, f e λ para a luz, uma em função das outras.

A atividade passada aos alunos no final da aula (série de 5 perguntas), pode ser usada como instrumento de avaliação se passada como um trabalho formal extra-classe.

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