Entender o fenômeno da refração de ondas em superfícies de líquidos.

--Gerar e analisar o fenômeno;

--Quantificar o fenômeno;

--Entender as leis da refração;

--Saber diferenciá-lo da reflexão.

Reflexão de ondas em superfícies de líquidos e refração de ondas em cordas tensas.

O professor deve pedir aos alunos, na anterior a essa, que tragam um laser-point e um copo de vidro completamente liso, de 250 ml, e sem nenhuma gravura. Alerte-os durante a aula que o laser-point pode ser perigoso se apontado para os olhos das pessoas.

O próprio professor deve levar para sala de aula um cantil, ou outro recipiente qualquer, grande o suficiente e cheio de água, de modo a conseguir encher o copo de cada aluno.

Atividade 1:

Depois de cheios, peça para que eles liguem os laser-point e façam a incidência da luz no copo em um ângulo de 90o com a superfície da água, com o copo levantado, de modo que a luz saia na parte inferior dele. Pergunte então se eles observam algo de diferente com a luz ao passar pela água e sair do copo [eles vão dizer que não]. Agora peça para que apontem para o copo de água em um direção perpendicular à lateral do copo e movam o laser-point ao longo de uma linha reta em relação à lateral do copo.   Pergunte de novo se eles observam algo de diferente com a luz ao passar para a água agora [eles vão dizer que sim, que a luz não atravessa retamente o copo]. Pronto, agora o professor deve dar a definição formal de refração que eles vão associar com o observado e entendê-la.

Mas, pergunte agora se eles acham que as ondas na superfície da água podem sofrer refração [vão dizer que sim]. Pergunte o que seria, neste caso, a causa do fenômeno [provavelmente ninguém responderá certo]. O professor deve responder que é a diferença de profundidade.

Neste momento, o professor deve ter levado para sala de aula um computador e um datashow e fazer uma apresentação do vídeo Water Waves, em sua parte referente a refração, que pode ser obtido no endereço  http://www.youtube.com/watch?v=leKDzn6RLDw. Diga que eles vão assistir ao fenômeno e depois vamos quantificá-lo. 

Depois da apresentação do vídeo diga que o fenômeno pode ser entendido e quantificado usando-se as Leis da Refração. Utilizando-se das Figuras 1 e 2 o professor deve citar cada uma das duas leis. Apresente a Lei de Snell:

O professor deve apresentá-la e usá-la para identificar cada uma das variáveis da lei. A Figura 1 deve ser usada para explicar a Lei de Snell:

(Figura 1: Refração com desvio angular - Figura de autoria pessoal)

(Figura 2: Refração sem desvio angular - Figura de autoria pessoal)

Já a Figura 2 deve ser apresentada para deixar claro que ela representa um caso especial de refração, aquela que ocorre sem desvio angular do raio incidente.

Atividade 2:

Agora peça para eles formarem grupos de 5 pessoas e discutirem porque a Figura 2 representa refração se não houve desvio do raio incidente. Matematicamente o que pode provar isso? Pergunte também porque este caso especial de refração não pôde ser observado quando eles incidiram a luz perpendicularmente à superfície da água?

Peça para anotarem as respostas no caderno e depois discuta com eles para que não fiquem dúvidas ou interpretações incorretas. Deixe claro que não é o desvio que caracteriza a refração mas sim a mudança nos valores  da velocidade da onda e do comprimento de onda. Eles não puderam observar com o laser-point pois a luz é muito veloz e não se pode perceber, a olho nú, a sua variação de velocidade e de comprimento de onda.

Mostre novamente o vídeo Water Waves, em sua parte referente a refração, e peça para que observem com mais atenção agora se as refrações de ondas na superfície de líquidos que ali ocorrem seguem as leis da refração. Vai ficar claro que sim pois o vídeo mostra imagens em câmera lenta e estáticas que podem ser claramente exploradas pelo professor.

Atividade 3:

Peça agora para que respondam as seguintes perguntas, também em grupo:

1) qual a diferença entre refração e reflexão?

2) quais outros fenômenos que você observa no dia-dia e que são de refração?

O professor deve orientá-los durante esta atividade para que não haja respostas erradas. Ao final responda você mesmo a pergunta 1 e depois compartilhe as respostas corretas da pergunta 2 com os outros grupos.

Agora explique o fenômeno da tsunami, sempre focando no refração contínua que a onda sofre enquanto caminhando em direção à praia (parte rasa).

Encerre a aula pedindo aos alunos para procurarem mais coisas interessantes sobre o assunto na internet e anotarem os links para trazer na próxima aula e compartilharem com os colegas.

Aprenda mais sobre refração de ondas em superfícies de líquidos:

Só Física: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/refracao.php 

CDCC-USP: http://www.cdcc.usp.br/ondulatoria/refrac.html 

Lamma: http://www.lamma.ufrj.br/spo/aprenda_mais/refracao_de_ondas.htm 

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.

Elabore questões teóricas sobre ângulos corretos e incorretos de refração. Peça que expliquem o porque do erro. Elabore também aquelas onde se realiza cálculos envolvendo a Lei de Snell.