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Óptica – Luz: cor, frequência, cromaticidade e velocidade

 

09/12/2010

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, José Ângelo de Faria

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

--Decompor a luz.

--Diferenciar as cores em função de frequência.

--Identificar cromaticidade e propriedades da velocidade da luz.

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

Princípio da propagação retilínea da luz, conceitos básicos para o estudo de óptica geométrica, reflexão da luz, refração da luz.

Estratégias e recursos da aula

O professor deve levar para sala de aula quantos prismas conseguir. O ideal seria um prisma para cada grupo de 5 alunos. Peça aos alunos, na aula anterior a esta, que levem uma lanterna pequena para sala.

Comece a aula definindo luz monocromática e luz policromática. Depois explique que a luz branca é a luz policromática que contém todas as frequências.

ATIVIDADE 1:

Apresente para eles a Figura 1 (Fonte: http://static.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/01/art32_fig04_dispersao_da_luz.JPG). Ela representa a experiência do prisma de dispersão de Newton (apenas a nível de curiosidade diga que ela está entre as dez mais importantes da história da física).

(Figura 1: Dispersão da luz branca)

Relembre o conceito de refração da luz e mencione o fato de que cada frequência percebe, para um mesmo meio, um índice de refração distinto, em outras palavras, quanto maior a frequência de uma onda eletromagnética, maior o índice de refração do meio para ela e portanto, maior o desvio sofrido pela luz daquela frequência. Isto é que explica a dispersão. Explique então a figura relacionando o desvio sofrido por cada frequência em função do índice de refração para aquela frequência.

Apresente agora a animação da Figura 2 (Fonte: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Light_dispersion_conceptual_waves.gif). Nela, o fenômeno da dispersão fica muito claro e pode ser melhor visualizado do que apenas na figura estática vista anteriormente. 

(Figura 2: Animação - Prisma de dispersão)

Agora, peça para que façam grupos de maneira que cada grupo receba um prisma. Oriente-os a se posicionarem próximos da parede de modo que esta seja usada como anteparo. Ensine-os a usarem o prisma de dispersão. Peça para que decomponham a luz e contem quantas cores diferentes eles vêm. Pode variar de acordo com as lanternas e com os prismas, mas não diga isto a eles. Pergunte então o porque da diferença. Se ninguém conseguir chegar na resposta, diga e exemplifique com prismas diferentes e lanternas diferentes, que a diferença é no material usado.

ATIVIDADE 2:

Agora apresente para eles a Figura 3. Explique que, além da dispersão dentro do prisma, pode-se observar nela que cada frequência tem um comportamento distinto das demais dentro dele.

(Figura 3: Animação - Prisma de dispersão - Dentro do prisma)

Apresente então a animação 2. (Fonte: http://www.wainet.ne.jp/~yuasa/flash/Prism.swf). Nela um outro aspecto pode ser observado. Ele diz respeito a velocidade com que cada frequência distinta atravessa o prisma. Pode-se ver que a vermelha atravessa mais depressa e a violeta mais devagar. Pergunte para eles o porque. Peça para que levem em consideração a explicação dada anteriormente sobre diferentes índices de refração para cada uma cores. Deixem que procurem livremente pela resposta por cerca de 5 minutos. Se alguém responder parabenize-o. Senão, responda que o índice de refração também tem influência direta na velocidade de cada frequência distinta, sendo que quanto maior a frequência, maior índice de refração para ela e portanto menor sua velocidade dentro do prisma.

ATIVIDADE 3:

Por fim, faça com que se reúnam em grupos de 5 alunos. Eles devem discutir, com base nas figuras e animações apresentadas anteriormente, os seguintes questionamentos:

1) qual a relação entre cor (ou cromaticidade) e frequência?

2) qual a relação entre frequência e índice de refração do meio?

3) qual a relação entre índice de refração do meio e velocidade da luz?

4) qual a diferença entre a luz branca, policromática, e as outras luzes policromáticas? (oriente-os que, para responder a pergunta 4 eles devem se basear na Figura 4 – Fonte: http://omnis.if.ufrj.br/~coelho/DI/Image25.gif, e no aprendizado que tiveram sobre manipulação de tintas, por mistura, quando nas escolas de base...). 

(Figura 4 - Mistura de Cores)

O professor deve supervisionar as discussões, sempre respondendo às dúvidas, com o objetivo de corrigir distorções no raciocínio. Após cada uma das perguntas ser respondida corretamente, mesmo que uma por cada grupo distinto, o professor deve ir para o quadro, dar uma resposta curta e objetiva para cada uma delas e permitir que seja copiado por todos os alunos.

Conclua a aula dizendo que o estudo destas propriedades da luz é muito importante para o nosso dia a dia pois um dos aparelhos mais comuns que temos em casa, que é a televisão, utiliza muito do conhecimento que temos sobre a luz para funcionar corretamente.   

Recursos Complementares

Aprenda mais sobre a luz:

Educar: http://educar.sc.usp.br/otica/luz.htm 

Omnis: http://omnis.if.ufrj.br/~coelho/DI/texto.html 

Wikibooks: http://pt.wikibooks.org/wiki/Introdu%C3%A7%C3%A3o_%C3%A0_F%C3%ADsica/Conceitos_preliminares_de_%C3%B3ptica 

IF-UFRJ: http://www.if.ufrj.br/teaching/luz/cor.html 

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 apenas conceituais sobre o assunto. A realização de cálculos será possível após as aulas seguintes. Explore muito a relação entre cor e frequência, bem a relação entre frequência, índice de refração e velocidade de propagação da luz num determinado meio.

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