- Identificar as componentes do movimento aparente da Terra em relação ao Sol.

- Analisar as variáveis deste movimento ao longo de períodos maiores.

- Relacionar a hora local e as estações do ano com a posição do Sol no céu.

- Mensurar a duração do dia claro em relação a posição do Sol.

Como sugestão introdutória, o professor poderá acompanhar as aulas em:

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=27968

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=26847

O aluno deverá ter apenas conceituar as componentes do movimento de rotação, translação e precessão da Terra. Nos links abaixo, os conceitos poderão ser revisados:

http://www.brasilescola.com/geografia/movimento-rotacao.htm

http://www.brasilescola.com/geografia/movimento-translacao.htm

http://astro.if.ufrgs.br/fordif/node8.htm

 Introdução

O objetivo desta aula é que os alunos sejam capazes de relacionar as componentes do movimento aparente do Sol em relação a Terra, bem como a sua interferência na duração do dia claro, estações do ano e posições do Sol no céu.

Etapa 1 - Sala de Informática

O professor iniciará a aula, fazendo uso do programa Stellarium, que pode ser encontrado em: http://www.stellarium.org/pt/  . Com o programa aberto, o professor colocará na janela de localização a sua cidade, a fim de que a visualização coincida com os fenômenos observados localmente.

No primeiro passo, na posição leste, o professor colocará no relógio de tempo local, um horário por volta do nascer do Sol do dia 21 do presente mês, e pedirá aos alunos para que observem esta posição. Com a janela de tempo aberta, mudará somente o mês, pedindo mais uma vez a observação da posição aparente do Sol no seu nascer.  A leitura local, será semelhante as fotos abaixo:

Figura 1 - Nascer do Sol em 21/02                                                  Figura 2 - Nascer do Sol em 21/04                                                    Figura 3 - Nascer do Sol em 21/06 

 Figura 4 - Nascer do Sol em 21/08                                                          Figura 5 - Nascer do Sol em 21/09                                                           Figura 6 - Nascer do Sol em 21/11 

Figura 7 - Nascer do Sol em 21/12

O aluno poderá observar, que ao longo de um ano, o Sol não nasce sempre na mesma posição, embora seja sempre a direção Leste. Como temos a sensação de que a Terra é plana, e temos uma abóbada nos envolvendo, o movimento aparente do Sol "risca" no céu trajetórias que possuem comprimentos diferentes ao longo de um ano, sendo assim a duração do dia claro local (período de um dia com a presença do Sol no céu) possuirá períodos diferentes. Solicite aos alunos que reparem que por volta dos dias 21/06 e 21/12 o Sol "para" mais ao Norte, (em 21/06) ou mais ao Sul em (21/12). Esta "parada" do Sol, configura os dias de Solstícios de inverno ou de verão. A palavra Solstício, tem na etimologia "Sol estático". Entre estes dois Solstícios, que são o dia mais longo do ano e o dia mais curto do ano, teríamos os dias de Equinócios. Nos equinócios, a duração do dia claro e da noite terão o mesmo período. A etimologia da palavra remete a equi = igual, nócio = noite. Para visualizar este movimento aparente o professor poderá utilizar o aplicativo: http://gruposputnik.com/Paginas_com_Flash/Heliacal%20Rising%20Simulator.htm

Figura 8 - Aplicativo do Nascer Helíaco

Modifique a latitude, registrando a sua localidade. Em seguida, modifique as horas do dia, observando o movimento aparente do Sol ao longo de um dia. Repita o procedimento para observar a trajetória do Sol no céu ao longo de um ano. Outro simulador semelhante, poderá ser encontrado em: http://gruposputnik.com/Paginas_com_Flash/Sun%20Motions%20Demonstrator.htm

No intuito de demonstrar a duração do dia claro local, o professor também poderá fazer uso do aplicativo: http://gruposputnik.com/Paginas_com_Flash/Daylight%20Hours%20Explorer.htm. Neste aplicativo o professor modificará a latitude para transcorrer em um período escolhido ao ano o período onde o Sol está presente no Céu.

Neste momento, o professor iniciará um debate com os alunos dos motivos e das causas recorrentes destas observações. Os aplicativos permitiram que estas análises que levariam anos para que fossem passíveis de registros, fossem anotadas em alguns minutos. Na segunda etapa, os alunos estarão prontos a obter outras conclusões.

O movimento de rotação da Terra em torno do Sol, não é perpendicular ao plano da órbita, sendo assim, a incidência solar combinada com o movimento de translação proporciona ao longo de um ano, maior ou menor favorecimento da incidência dos raios solares, ocasionando as estações do ano. O professor poderá levantar o questionamento da possibilidade da eixo de rotação ser perpendicular ao plano da órbita. Caso este modelo fosse vigente, não teríamos estações do ano. Outra questão que pode ser debatida, é que ao meio dia, o Sol está a pino no céu. O educador pode mediar a discussão levantando possibilidades e encaminhando a discussão na demonstração de que dependendo de sua latitude, em nenhum dia do ano isso acontecerá.

Etapa 2 - Construção do Relógio de Sol

Depois de todas estas discussões, o professor poderá solicitar aos alunos a construção do relógio de Sol. A atividade a seguir, foi extraída das atividades práticas da XVI Olimpíada Brasileira de Astronomia e Astronáutica.

Objetivo: Construir um relógio solar

Introdução: O Sol tem um comportamento extremamente regular em sua aparente trajetória diária no céu. Usaremos esta regularidade do aparente movimento do Sol para construirmos um relógio solar. Vamos orientá-lo para que construa este relógio, cujas horas serão lidas pela sombra de um ponteiro fixo sobre uma base na qual estão marcadas as horas.

Teoria: Você sabe que aparentemente o Sol gira ao redor da Terra e que gasta 24 horas para dar uma volta completa. Num círculo temos 360 graus, logo, dividindo 360 graus por 24 horas obtemos 15 graus para cada hora (360/24 = 15). Ou seja, o Sol “gira” 15 graus em cada hora ao redor da Terra. Se você ainda não estudou ângulos e como medi-los, não se preocupe com isso e vá para o próximo item. Nosso relógio será bem simples, pois terá só um ponteiro e somente as linhas das horas inteiras, ou seja, ele não vai marcar minutos e segundos, contudo seu ponteiro será paralelo ao eixo de rotação da Terra e o “disco das horas”, paralelo, obviamente, ao plano do equador terrestre.

A trivial construção do relógio de sol (veja na Fig. 1 os materiais que vai usar):

1) Recorte as figuras que contêm os mostradores da face Sul e Norte, respectivamente, e cole, primeiro, o mostrador da face norte (se mora no hemisfério Sul) (se mora no hemisfério Norte, cole, primeiro, a face do hemisfério Sul) sobre uma folha de papelão, que tenha exatamente as mesmas dimensões dos mostradores.

2) Se o papelão for grosso (mais que 3 mm), faça um “sulco” sobre a linha tracejada, mas do lado oposto do papelão. Se usar papelão de caixas de sapato o “sulco” é praticamente desnecessário. Se usar papelão ondulado, cuide para que as “ondulações” do papelão fiquem paralelas à linha tracejada. Isso facilita em muito a dobra do mesmo.

3) Dobre, temporariamente, na linha tracejada, num ângulo reto (90 graus), entre a base e o mostrador do relógio de Sol.

4) Abra um clipe grande de papel de um ângulo igual a 90 graus menos a latitude de sua cidade. Exemplo: a cidade do Rio de Janeiro tem latitude de, aproximadamente, 23 graus, então vamos abrir o clipe de 90 – 23 = 67 graus. Use o quadrante da Figura 2 e veja a Figura 3. Para saber a LATITUDE da sua cidade, consulte a professora de geografia, ou acesse, por exemplo:

http://support.google.com/maps/bin/answer.py?hl=pt-BR&answer=18539 1'

5) Fixe, com fita adesiva, o clipe já aberto entre a face Norte e a base se sua cidade está no hemisfério Sul. Veja detalhe na Figura 4.

6) Fixe, com fita adesiva, o clipe já aberto entre a face Sul e a base se sua cidade está no hemisfério Norte.

7) Atravesse PERPENDICULARMENTE o centro do mostrador com um palito de dente (ou algo similar e até maior).

8) Fure o centro do outro mostrador. Corte na linha tracejada do mostrador ainda não colado. Cole apenas o mostrador no verso do papelão, mas de forma que os centros de ambos mostradores coincidam. Atravesse-os com o palito de dente e deixe metade deste de cada lado dos mostradores. Este palito projetará a sua sombra sobre o “mostrador das horas” onde você poderá ler as horas.

A orientação do relógio de Sol, isto é, como posicioná-lo no chão.

Claro que o relógio de sol só funciona sob o Sol e numa certa direção privilegiada. Qual direção? A Norte – Sul. Sim, o relógio de Sol tem que ficar com o seu ponteiro (o palito de dente) ao longo da linha NORTE-SUL.

Figura 9. Materiais a serem usados

Figura 10. Imagem de um quadrante de transferidor, a qual poderá ser usada no momento de “abrir” o clipe.

Figura 11. Clipe aberto com o ângulo de 90° menos o ângulo da latitude do lugar (Rio de Janeiro, neste exemplo).

Figura 12. Detalhe da fixação do clipe para uma localidade no hemisfério Sul.

Figura. 13. Posição final do Relógio de Sol, para uma localidade no hemisfério Sul ou Norte. Para obter as imagens em tamanho maio, acesse: www.cecb.edu.br/.../2169-oba-atividades-praticas-de-2012.html

De posse do relógio de Sol, os alunos farão a montagem dos sistemas e desta forma, poderão fazer um comparativo entre a hora no relógio de Sol e o relógio de pulso. Podemos iniciar a discussão sobre o dia médio no planeta e como a parte clara do dia pode sofrer variações não só ao longo de um ano com também para diferentes latitudes.

Etapa 3 - Mudança de Latitude

Depois da análise local, os alunos estão prontos para abstrair o modelo de sua cidade, para uma cidade em outro Hemisfério. Se você efetuou a atividade em uma cidade no Hemisfério Sul, execute esta etapa para uma cidade do Hemisfério Norte e vice-versa. Vamos supor que a sua cidade seja do Hemisfério Sul, e portanto nesta etapa você escolherá a cidade de Londres. Com o uso do Globo terrestre, caso sua escola não possua um utilize um mapa, mostre a posição de Paris e levante os seguintes questionamentos 

1) Em qual dia do ano o Sol estrá por mais tempo presente no Céu? Neste período, qual a estação do ano local que se inicia?

2) Em qual dia do ano o Sol está por menos tempo presente no Céu?Neste período, qual a estação do ano local que se inicia?

3) Em quais dias o tempo do Sol presente no Céu é igual ao período de sua ausência?Neste período, quais as estações do ano que se iniciam?

De posse do programa Stellarium, mais uma vez, o professor registrará a cidade de Londres e colocará as datas mencionadas, simulando as situações propostas relacionado com as previsões sugeridas pelos alunos. 

Utilizando o Globo mais uma vez,  efetue as mesmas perguntas apontadas acima, para uma latitude superior ao Círculo Polar Ártico; uma latitude de 84° por exemplo. Este exercício mental já envolve uma complexidade maior, mas alguns alunos conseguirão ler a possibilidade de que em alguns momentos do ano o Sol não vai aparecer, e em outros momentos, o Sol não irá se pôr, gerando o fenômeno do  " Sol da meia-noite." Utilizando o Stellarium, por mais uma vez, o professor simulará relacionado tanto a duração do dia, como as estações do ano. Assista aos filmes abaixo para finalizar esta análise:

http://www.youtube.com/watch?v=ZTYf2jYbbQA

http://www.youtube.com/watch?v=_bOCwVHispk

Uma atividade extra  pode ser proposta para um grande grupo de alunos. Esta proposta irá requerer muita paciência e disciplina. O professor poderá pegar uma das janelas da sala ou da escola, que estiverem voltadas para o Sol durante o período de aulas. Em todos os dias durante o período letivo, sempre no mesmo horário, o professor de posse de uma caneta de ponta hidrográfica, fará uma marca no vidro da janela do Sol naquele instante. Ao longo de um ano, teremos o símbolo de Lemniscata, também conhecido como símbolo do infinito. Sugerimos que o professor não revele aos alunos a figura que será formada, mas instigue a todos qual será o ponto seguinte, discutindo sempre o porque de cada posição sempre relacionando com o calendário do ano das estações.

Figura 14. Analema Solar em cidade da Alemanha.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/74/Analemma_pattern_in_the_sky.jpg/400px-Analemma_pattern_in_the_sky.jpg

Você poderá procurar inúmeras fotografias sobre analemas nos mais diversos sítios da Internet. Para se aprofundar ainda mais no tema,acesse: http://www2.dm.ufscar.br/profs/salvador/jornada/Ciencias_e_Matematica_do_Sol_e_do_Gnomon.pdf

Há muito material no portal do MEC e no Banco Internacional de Objetos Educacionais, sobre estações do ano e clima que também podem ser consultados em:

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=1187

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=37276

http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/6217

http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/11011

http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/6246

O objetivo desta avaliação, é promover a discussão sobre tudo aquilo que foi estudado e discutido. Os alunos poderão resolver estas perguntas em grupos e o professor finalizará a discussão reunindo as respostas e promovendo um debate final. Esta atividade poderá ser executada na sala de informática, ou até mesmo em casa, pois é interessante um intervalo de tempo para pesquisa e análise. 

1 - Como você separa as estações do ano para sua região? Você pode dizer que na sua região existem quatro estações?

2- Quais as propriedades do eixo da Terra que são responsáveis pelas estações do ano?

3 - Em quais estações do ano os dois hemisférios da Terra recebem a mesma quantidade de luz ou calor? Porque essas estações não são as mesmas já que os dois hemisférios recebem a mesma quantidade de calor?

4- Se por algum motivo a Terra não tivesse mais a componente de movimento de rotação, mas mantivesse a translação, o que aconteceria com o dia e a noite?

5- O planeta Urano possui o seu eixo de rotação praticamente paralelo ao plano de sua órbita ao longo de seu período de Tanslação. Como são as estações do ano em Urano?