O que é o efeito Doppler;

Como relacionar o efeito Doppler com a determinação do fluxo sanguíneo.

Definição de frequência e altura sonora;

Propagação de ondas.

Estratégias de ensino:

- Aula interativa com recursos multimeios;

- Aula conceitual.

Consideração inicial ao professor:

Nesta aula será apresentada a definição de efeito Doppler utilizando uma animação que contém uma ambulância se deslocando em relação a um observador. Depois, será utilizado um vídeo, de 8min e 31s, que possuí quatro experimentos que demonstram as consequências do efeito Doppler. Por último, uma explicação sobre como é possível determinar o fluxo sanguíneo utilizando um equipamento de ultra-som.

Introdução à aula:

Inicie a aula perguntando aos alunos o que acontece quando um carro ou uma moto passa por eles buzinando. Neste momento pode-se utilizar o recurso 1, que apresenta uma ambulância se aproximando de um pedestre. É importante explicar para os alunos que a ambulância é a fonte sonora e o pedestre é o observador (estes conceitos serão importantes para a realização da atividade 1). Reforce a idéia de que na aproximação o comprimento de onda diminui, a frequência aumenta e consequentemente temos um som mais agudo do que o emitido pela fonte. Já no afastamento, temos o processo inverso resultando em um som mais grave do que o emitido pela fonte.

Um exemplo do efeito Doppler 

Recurso 1: Efeito Doppler - Fonte em movimento em relação ao observador

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=22703 acesso em 11/09/2010 

Apresente também para os alunos, a equação que permite calcular a frequência ouvida (f_o) tendo os valores da frequência emitida (f), da velocidade do som (v), da velocidade da fonte (v_f) e  velocidade do observador (v_o). Reforce com os alunos a importância de analisar o sentido do movimento.

Figura 1: Convenção de sinal efeito Doppler

Disponível em: http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u21.jhtm   acesso em 11/09/2010

Atividade 1: Determinando a frequência ouvida em situações que ocorre o efeito Doppler

Apresente para seus alunos exercícios em que eles utilizem as equações do efeito Doppler apresentadas na figura 1. Seguem abaixo dois exercícios exemplares. O primeiro de uso direto e o segundo de contextualização e interpretação de uma situação problema.

Exemplo 1:

Determine a frequência ouvida por um observador em repouso, em relação ao referencial inercial adotado, quando se aproxima, em sua direção, um fonte sonora com velocidade de 30 m/s e frequência de 50 Hz.

Exemplo 2:

Um motorista dirige seu veículo a uma velocidade de 36 km/h quando observa uma ambulância se aproximando por trás dele, com velocidade de 72 km/h. Sabendo que a sirene dessa ambulância emite um som com frequência de 8 kHz, determine a frequência ouvida pelo motorista antes e depois da passagem da ambulância pelo veículo.

 Atividade 2: Efeito Doppler no dia-a-dia:

Você poderá utilizar o vídeo "Oficina de Física - Efeito Doppler" encontrado no youtube: http://www.youtube.com/watch?v=8XcJf4rOefE   acesso em 11/09/2010. Nele é realizado quatro experimentos relacionados ao efeito Doppler:

No primeiro experimento, a moto será a fonte e estará parada com relação aos observadores que serão o motorista do carro e o pedestre.

No segundo experimento, a moto será a fonte em movimento em relação aos observadores que serão o motorista do carro e o pedestre que estarão parados.

O terceiro experimento foi dividido em duas partes: na primeira, o carro será a fonte em movimento e os observadores serão o motociclista e o pedestre parados. Depois, a câmera irá para dentro do carro que será fonte e observador ao mesmo tempo.

Para o último experimento a moto será a fonte em movimento, o carro será um observador se movendo com mesmo módulo, direção e sentido que a moto e o pedestre será um observador parado.

Figura 2: Vídeo "Oficina de Física - Efeito Doppler"

Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=8XcJf4rOefE   acesso em 11/09/2010

Para cada experimento apresentado no vídeo, peça para que os alunos anotem:

- Quem é a fonte;

- Quem é(são) o(s) observador(es);

- Que som é ouvido por cada um dos observadores.

Após a identificação de cada um dos elementos por parte dos alunos, realize um debate para que os alunos apresentem suas respostas justificando como identificaram cada um dos elementos (fonte, observadores e sons ouvidos).

Efeito Doppler e máquina de ultra-som

Pergunte para os alunos se eles sabem como é realizada a determinação do fluxo sanguíneo. Oriente as respostas para o movimento dos glóbulos sanguíneos e máquinas de ultra-som.

A seguir, você encontra uma animação e um artigo informativo escrito por dois médicos. Eles trazem um histórico sobre o efeito Doppler e diferenciam efeito Doppler positivo do negativo no caso da determinação do fluxo sanguíneo. http://www.fetalmed.net/efeito-doppler.html  acesso em 11/09/2010

Figura 3: Fluxo sanguíneo e efeito Doppler

Disponível em: http://www.fetalmed.net/efeito-doppler.html  acesso em 11/09/2010

Apresente a animação acima para seus alunos e, a exemplo da atividade 2, peça para que eles identifiquem: a fonte, os observadores e a relação entre a frequência emitida e recebida no receptor do ultra-som. Deixe claro aos seus alunos que as células sanguíneas executam dois papéis nesse fenômeno: no primeiro podemos considerá-las como observadores do sinal sonoro emitido pelo ultra-som; no segundo, as células sanguíneas agem como refletores do sinal que será captado pelo dispositivo de ultra-som.

Você poderá, com esse exemplo, citar como funciona o eco e como animais, como o morcego, se orientam em cavernas escuras.

Atividade 3 - Pesquisa avançada:

Peça para que os alunos tragam, para a aula seguinte, uma relação sobre:

- Outras aplicações do efeito Doppler na natureza ou em dispositivos tecnológicos;

- Expliquem, baseados nos princípios físicos da acústica e do efeito Doppler, a aplicação pesquisada.

Com os dados em mãos, separe os alunos em grupos e distribua 4 a 5 cartolinas de tamanho 20 cm x 30 cm para que os alunos registrem os resultados pesquisados. Nela, eles deverão listar de um lado, as outras aplicações do efeito Doppler e no outro o porque as considerou diferentes. Sugira um trabalho de grupo com a socialização em classe e proponha uma forma de disputa que possa envolvê-los na tarefa, como fim do trabalho.

Seguem alguns sites que abordam sobre as aplicações e usos do efeito Doppler em:

• Morcegos: http://ciencia.hsw.uol.com.br/morcegos2.htm e http://online.uminho.pt/pessoas/epereira/Portugues/Cadeiras/FisicaII-LESI/Problemas/OndasSom-FisII.pdf  
• Radares: http://ciencia.hsw.uol.com.br/radar.htm e http://www1.folha.uol.com.br/folha/educacao/ult305u7525.shtml  
• Localização de galáxias: http://ciencia.hsw.uol.com.br/galaxias4.htm 
• Ecografias: http://w3.ualg.pt/~cmsilva/documentos/Transpar%C3%AAncias_5_F%C3%ADsica_M%C3%A9dica_EF_b&w.pdf e http://www.scielo.br/pdf/cr/v38n3/a47v38n3.pdf  

Observação: todos os sites tiveram acessos em 26/10/2010.

Você pode encontrar mais informações sobre o efeito Doppler nos links:

Disponível em: http://www.feiradeciencias.com.br/sala24/24_A10.asp acesso em 11/09/2010 - História do efeito Doppler e uso na astronômia  .

Disponível em: http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/portuguese/ondas/efeitoDoppler/Doppler.html   acesso em 11/09/2010 - Relação entre o efeito Doppler e as ondas de choque.

O aluno poderá ser avaliado através das participações em aula e na entrega dos exercícios da atividade 1, do roteiro proposto na atividade 2 e da pesquisa na atividade 3.

O debate também funcionará como uma ferramenta avaliativa uma vez que os alunos necessitam argumentar e explicar suas respostas.

Verifique se eles conseguiram relacionar o efeito Doppler com a determinação do fluxo sanguíneo.