09/12/2010
Rita Meirelles
Modalidade / Nível de Ensino | Componente Curricular | Tema |
---|---|---|
Ensino Fundamental Final | Matemática | Espaço e forma |
Ensino Fundamental Final | Ciências Naturais | Tecnologia e sociedade |
Ensino Médio | Física | Som, imagem e informação |
Educação de Jovens e Adultos - 2º ciclo | Matemática | Grandezas e medidas |
Noções de ótica
Conceitos de ângulos
O periscópio é um instrumento fundamental nos submarinos, usados para captar imagens acima da superfície da água. Os periscópios foram muito utilizados também nas guerras, para observar o movimento inimigo de dentro de trincheiras sem correr o risco de ser alvejado.
Soldado britânico utilizando um periscópio numa trincheira durante a Batalha de Gallipoli.
Disponível em: (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2b/British_trench_periscope_Cape_Helles_1915.jpg)
Antes de propor as atividades que abordarão este curioso instrumento, é importante revisar alguns conceitos da física.
Para compreendermos as leis que regem o fenômeno da reflexão precisamos, antes, entender as definições de planos de incidência da reflexão e ângulos de incidência de um raio de luz. Quando o raio de luz incidir sobre uma superfície, ela o fará num ponto da mesma. Por este ponto traçamos uma reta normal perpendicular a superfície. O ângulo formado pelo raio incidente e a reta normal é o ângulo de incidência, representado por î. O plano formado pelo raio incidente e a reta normal é chamado de Plano de Incidência.
ilustração do autor
Para o raio refletido se aplica uma definição similar. O ângulo de reflexão r é o ângulo formado pelo raio refletido e a reta normal. O plano formado pelo raio refletido e a reta normal é chamado de Plano de Reflexão
ilustração do autor
O fenômeno da reflexão possui duas importantes leis.
Primeira lei: O plano de incidência coincide com o plano de reflexão.
ilustração do autor
Segunda lei: O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.
Esta primeira atividade é para o aluno constatar as leis da reflexão.
Para isso faremos um experimento simples.
1) Uma pequena bola;
2) Giz;
3) Régua e transferidor de ângulos.
Como na figura abaixo, o professor traça no chão da sala de aula o ângulo de incidência (60°, por exemplo), a reta normal e o ângulo de reflexão (igual ao ângulo de incidência). Para isso o professor terá que utilizar os instrumentos de desenho geométrico. É um bom momento para se comentar a construção que foi feita. Depois peça para alguns alunos lançarem a bolinha procurando impor uma trajetória sobre o raio de incidência desenhado no chão. Todos devem observar a trajetória da bolinha depois da mesma se chocar com a parede.
ilustração do autor
O professor pode alterar os ângulos para todos perceberem que a 2ª lei da reflexão sempre funcionará.
Esta segunda atividade é onde abordaremos a geometria do periscópio. Proponha o seguinte problema. Como poderemos visualizar a maça da figura abaixo? O professor deve explicar que as setas amarelas compõem a trajetória de um raio de luz refletido da maçã até chegar aos olhos do observador. Os alunos certamente perceberão a necessidade do uso de espelhos na solução desse problema.
ilustração do autor
Neste momento o professor deve descrever o uso do periscópio neste tipo de problema e exibir o vídeo abaixo:
Acesse o vídeo em: (http://www.youtube.com/watch?v=5djO85vB93w)
Em seguida proponha o desafio:
Observando a figura abaixo, que representa a parte de cima (objetiva) de um periscópio, determine o ângulo a, levando em conta as leis da reflexão.
ilustração do autor
Veja a evolução da solução:
ilustração do autor
De acordo com a 2ª lei da reflexão os ângulos de incidência e de reflexão são iguais. Como a trajetória do raio de luz faz um ângulo reto, podemos concluir que os ângulos de incidência e reflexão valem 45°.
ilustração do autor
Sabemos que a reta normal é perpendicular ao plano do espelho. Como o ângulo de incidência é 45°, podemos afirmar que o ângulo entre o raio incidente e o espelho, também será de 45°.
ilustração do autor
Como o raio incidente considerado é paralelo a base do periscópio, o ângulo entre o raio incidente e o espelho e o ângulo a são alternos internos, portanto iguais. Logo a = 45°.
ilustração do autor
Analogamente, podemos afirmar que o mesmo acontece na parte de baixo (ocular) do periscópio.
Discuta com os alunos os argumentos que eles usaram para se chegar ao ângulo de 45°.
Que tal construirmos os nossos próprios periscópios? É o que proponho nesta terceira atividade para ser feita em grupos.
Peça para os grupos desenharem e recortarem o corpo do periscópio conforme a figura:
ilustração do autor
Agora peça para que os alunos façam a seguinte reflexão. Se a base do periscópio é 7 cm x 7 cm, quando deve medir x e y na figura abaixo?
ilustração do autor
É hora de montar o periscópio. Dobre e cole a parte principal do corpo, mas deixe a "tampa" aberta para que seja possível prender os espelhos.
ilustração do autor
Prenda com esparadrapos e cole a tampa. O periscópio está pronto. Agora é só testá-lo pela escola.
O periscópio pode ser feito de MDF ou de folha de compensado de 3 mm. Desta forma o instrumento ficará mais resistente. É um ótimo trabalho para a feira de ciências.
Este vídeo mostra um criativo trabalho escolar de um grupo de alunos com o tema proposto: (http://www.youtube.com/watch?v=qx4LgJcRrog)
A Wikipédia (em inglês) fornece mais informações e fotos históricas: (http://en.wikipedia.org/wiki/Periscope)
Este vídeo mostra a visão de um operador através de um periscópio de um submarino real: (http://www.youtube.com/watch?v=74vYKL3OYAc)
Simule um ataque de submarino sob a visão de um periscópio: (http://www.superdownloads.com.br/jogos-online/sea-war.html)
Controle um submarino na Segunda Guerra Mundial: (http://www.baixaki.com.br/download/danger-from-the-deep.htm)
Todas as atividades propostas podem ser usadas para avaliar o trabalho dos alunos. A feira de ciências é outro bom momento para fazer uma avaliação de todo o trabalho.
Cinco estrelas 1 classificações
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17/10/2012
Cinco estrelasEste procedimento reúne os principais conceitos de óptica geométrica. É uma ótima maneira para fixar conceitos. Parabéns!