04/11/2010
Modalidad / Nivel de Enseñanza | Disciplina | Tema |
---|---|---|
Ensino Médio | Física | Som, imagem e informação |
Que no fenômeno da refração também ocorre reflexão;
As situações em que é possível ocorrer reflexão total;
Como determinar o ângulo limite de refração;
A relação entre reflexão total com a transmissão da informação em fibras ópticas.
Princípios da Óptica Geométrica;
Reflexão da luz;
Refração da luz;
Refringência;
Lei de Snell-Descartes.
Estratégias de ensino:
- Aula interativa com recursos de multimeios;
- Aula experimental demonstrativa ou participativa.
Consideração inicial ao professor:
A aula está dividida em duas etapas: a primeira será uma exposição teórica com uso de imagens e animações e a segunda uma atividade experimental na qual os alunos poderão simular o funcionamento de uma fibra óptica.
Materiais:
- Uma fonte laser;
- Um semicilindro de acrílico;
- Um bloco retangular de acrílico;
- Uma folha de papel branco;
- Um transferidor;
- Uma Régua.
Introdução a aula:
Inicie a aula relembrando os fenômenos de refração e reflexão.
Apresente para os alunos a figura 1 e pergunte que fenômenos ópticos estão presentes na imagem. Os alunos deverão perceber que está ocorrendo reflexão (já que é possível enxergar a imagem do garoto) e também refração (visto que é possível enxergar o fundo da poça).
Figura 1: Poça de água
Disponível em: http://viajeaqui.abril.com.br/national-geographic/sua-foto/sua-foto-julho-2009-481061.shtml?foto=16pc acesso em 08/09/2010
Agora apresente a figura 2. Explique que se trata de um material chamado fibra óptica (fio fino e transparente feito de quartzo ou sílica). A luz passa de um lado ao outro sem escapar pelas laterais. Levante a questão sobre como é possível o material ser transparente como a água mas, não permitir que a luz escape pelas laterais. Comente que este fenômeno está relacionado com a reflexão total.
Figura 2: Fibra Óptica
Disponível em: http://3.bp.blogspot.com/_-ZRDu9NKCus/Sko8gOSaMCI/AAAAAAAAANY/qxiJiCm-Siw/s1600-h/fibra+optica.jpg acesso em 08/09/2010.
Reflexão Total
Para iniciar este conceito, você poderá trabalhar com a trajetória de um raio incidente em meios com diferentes refringências:
Figura 3: Primeiramente, considere o meio A menos refringente que o meio B – raio refratado aproxima-se da reta normal. Lembre-se de citar que ao incidir com ângulo de 90o temos o ângulo limite de refração denominado L. Essa situação retoma os conceitos da Figura 1: Poça de água.
Figura 3: Incidência de raios partindo de um meio menos refringente
Figura 4: Agora considere o meio A mais refringente que o meio B – raio refratado se afasta da reta normal. Lembre-se de citar que ao incidir com um ângulo maior que o limite L, ocorrerá a reflexão total. Essa situação retoma os conceitos da Figura 2: Fibra óptica.
Figura 4: Incidência de raios partindo de um meio mais refringente
Apresente o vídeo a seguir que demonstra o comportamento dos raios incidentes, refratados e refletidos em um semicilindro de acrílico de acordo com a variação do ângulo de incidência.
Recurso 1: Raios incidente, refletido e refratado
Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=20577 acesso em 13/09/2010.
Atividade 1 - Calculando matematicamente o ângulo limite
Você poderá apresentar para os alunos a dedução da equação do ângulo limite a partir da Lei de Snell-Descartes. Depois poderá trabalhar as questões que tratem sobre o cálculo do ângulo limite a partir da equação deduzida (sen L = n2/n1 onde L é o ângulo limite).
Exemplo 1: Considere dois meios A e B com índices de refração iguais a respectivamente 2 e 1. Qual deverá ser o sentido de propagação para que ocorra reflexão total e qual o valor do ângulo limite?
Exemplo 2: Um raio de luz monocromático incide em um líquido de índice de refração absoluto igual a 21/2. Determine o ângulo limite L da luz ao se propagar do líquido para o ar. Resposta: L = 45o
Fibra Óptica
A imagem a seguir apresenta a condição de confinamento da luz propagante em uma fibra ótica, isto é, o ângulo limite dos raios de luz em relação à normal para que não refratem para o meio externo, atenuando o sinal.
Figura 5: Condição de propagação da luz na fibra ótica
Disponível em: http://blog.clickgratis.com.br/pucmgfisica4/ acesso em 08/09/2010
Com as figuras abaixo, pode-se verificar como a fibra confina a luz (sinal óptico) em seu interior.
Figura 6: Propagação da luz em fibras ópticas
Disponível em: http://www.infoescola.com/fisica/fibra-optica/ acesso em 08/09/2010.
Figura 7: Trajetória da luz no interior de uma fibra óptica
Disponível em: http://juanpablo2.vilabol.uol.com.br/reflexaototal/Reflexao08.htm acesso em 08/09/2010
Atividade 2 - Laboratório experimental
O recurso que segue apresenta um roteiro experimental que objetiva simular o funcionamento de uma fibra óptica, a partir dos conceitos de reflexão interna estudados anteriormente. Os detalhes, como objetivos, materiais utilizados, procedimentos e avaliação, fazem parte do próprio recurso.
Recurso 2: Experimento sobre reflexão total da luz (simulação de uma fibra óptica)
Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=14288 acesso 15/09/2010
Atividade 3 - Pesquisa Avançada
Proponha aos alunos uma pesquisa sobre as diversas implicações e usos da fibra óptica. Peça para que eles apresentem os dados na forma de slides. Os trabalhos que tiverem uma boa apresentação podem ser colocados a disposição de outras turmas. É importante que os alunos citem vantagens do uso da fibra óptica, princípios de funcionamento e dados estatísticos sobre o uso da fibra óptica.
Seguem alguns links com informações sobre o assunto:
- http://www.rnp.br/newsgen/0203/fibras_opticas.html acesso em 20/10/2010;
- http://www.samsung.com/br/business/fiberoptics/ acesso em 20/10/2010.
- http://www.cienciahoje.pt/index.php?oid=40085&op=all acesso em 20/10/2010.
- http://www.agencia.fapesp.br/materia/11185/noticias/nobel-para-fibra-optica-e-semicondutores.htm acesso em 20/10/2010.
Você pode trabalhar mais sobre a história, funcionamento e utilização da fibra óptica no site a seguir.
Disponível em: http://informatica.hsw.uol.com.br/fibras-opticas.htm acesso em 08/09/2010.
Os alunos serão avaliados durante as participações nas aulas e na entrega das atividades 1, 2 e da apresentação da pesquisa da atividade 3.
Verifique se eles conseguem explicar o funcionamento da fibra óptica e relacionar com o fenômeno da reflexão total.
Cinco estrelas 1 calificaciones
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06/06/2011
Cinco estrelasMuito bom o material, está de parabéns amigo..