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A luz pode mudar sua velocidade?

 

25/08/2009

Autor e Coautor(es)
ANDREA MARQUES LEAO DOESCHER
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PRESIDENTE PRUDENTE - SP UNOESTE COLEGIO ENSINO MEDIO E PROFISSIONAL

Erwin Doescher, Bruno Pagliarani Mattiazzo e Paloma Alinne Alves Rodrigues

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Ensino Médio Física Som, imagem e informação
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula

Com está aula o aluno irá compreender como e porque a luz (onda eletromagnética) sofre refração e como podemos determinar esta refração.

Duração das atividades
Aproximadamente 100 minutos, duas (2) aulas.
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

* Reflexão luminosa.

Estratégias e recursos da aula

As estratégias utilizadas serão:

• Aula interativa;

• Aula conceitual;

• Uso do Laboratório de Informática e a Sala de Vídeo.

Motivação:

O professor deverá iniciar a aula solicitando aos alunos que se organizem em grupos de até cinco (5) integrantes. Estando organizados na sala de computação (Laboratório de Informática), o professor deverá instigar a curiosidade deles sobre o tema a ser estudado (refração), perguntando se a luz pode ter velocidades diferentes de acordo com os meios (ambientes) tais como: Água (Fig. 1), vácuo, vidro, ar etc.

Figura 1 – Água.
Imagem disponível em: http://vidaempaz.files.wordpress.com/2008/12/agua2.jpg. Acesso 03 Ago 2009

Após, discutir com os alunos e esclarecer algumas ideias, diga que eles poderão compreender mais sobre o tema no decorrer das aulas.

Atividade 1

Em seguida, o professor deverá pedir para que cada grupo utilize dois computadores, isto é, que cada dois ou três integrantes do grupo utilizem um computador, para o desenvolvimento da atividade que será proposta a seguir.

O recurso (Fig. 2) demonstra a Lei de Snell, a qual explica a refração da luz entre meios e que podemos visualizar que a luz perde ou ganha velocidade quando muda de meio (água, vidro etc.), desviando, assim, sua trajetória original. Destacamos que o Recurso se trata de um Objeto de Aprendizagem (OA) – que são ferramentas auxiliares no processo de ensino e aprendizagem de conceitos disciplinares, disponíveis na Internet (BECK, 2002 apud WILEY, 2002).

Recurso: Lei de Snell
Link do Recurso no site do Banco Internacional de Objetos Educacionais:
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/10720

Figura 2 – Imagem do site do recurso.

Observamos que, mesmo estando em grupos, é importante que todos os alunos possam ter a oportunidade de explorar o recurso e que venham a ter um tempo razoável para isto.

Inicialmente, será possível perceber que há no recurso dois meios (que poderão ser escolhidos seus índices de refração) para observar a refração da luz, uma lanterna emitindo um raio laser e uma tabela para inserir dados (Fig. 3).

Figura 3 – Imagem do recurso.

Peça para os alunos movimentarem a lanterna e visualizarem o que ocorre com o raio laser. Eles deverão observar que dependendo do ângulo de incidência do raio ele sofre um tipo de refração, ou seja, ele muda seu trajeto.
Peça também, para os alunos mudarem os índices de refração dos dois meios. Para isto os alunos deverão alterar os dados “n1” e “n2”, disponíveis na tabela encontrada a direita do recurso (Fig. 4).

Figura 4 – Imagem da tabela.

Quando os alunos alterarem os dados eles poderão perceber que o raio refratado (continuação do raio) mudará sua trajetória.

Pergunte aos alunos o porquê deste raio mudar sua trajetória. Ajude-os a compreender que quando um raio incide num outro meio ele irá se aproximar ou se afastar da sua normal (reta perpendicular ao plano no ponto de encontro da luz e do plano). Em seguida, peça para os alunos clicarem nos itens “Exibir Reta Normal” e “Exibir Projeção d o raio incidente” da tabela acima (Fig. 4) , eles visualizarão a reta normal no recurso e sua trajetória original (Fig. 5), ou seja, sem que tivesse outro meio para fazer a refração.

Figura 5 – Imagem do recurso.

Neste momento, pergunte aos alunos quando a luz refratada se aproxima da normal e quando ela se afasta. Peça para eles anotarem as observações para serem entregues ao término da aula.

Em seguida, solicite que eles igualem os índices de refração dos dois meios (n1 e n2) e observem o que acontecerá. Observamos que eles deverão observar que o raio incidente (raio original, ou seja, da lanterna) continuará sua trajetória normalmente (Fig. 6), ou seja, não sofrerá refração. Pergunte por que isto acontece e o que significa o índice de refração.

Figura 6 – Imagem do recurso.

Ajude-os a visualizar que o meio n1 e o n2 têm o mesmo índice de refração, ou seja, a luz caminha com a mesma velocidade em ambos os meios, portanto, o raio incidente não é refratado por causa dos índices de refração ser iguais.

Com os casos de refração estudados, podemos retornar a pergunta inicial e esclarecer aos alunos que para cada meio temos um índice de refração, ou seja, a luz caminha com velocidades diferentes dentro de cada meio. Por isso, vemos algumas distorções quando observamos a luz atravessando uma janela que tem um vidro muito grosso (Fig. 7) ou até mesmo quando observamos algum objeto dentro de uma piscina.

Figura 7 – Luz atravessando uma janela.
Imagem disponível em: http://farm2.static.flickr.com/1423/953552160_fca2447dac.jpg. Acesso em: 03 Ago 2009

Sugestão:

O professor deverá apresentar para os alunos um vídeo, que faz parte de um programa muito famoso na década de 90 - “O Mundo de Beakman” (Fig. 8). Neste vídeo, um cientista chamado Beakman e seus dois assistentes (Laisa e Lester) demonstram conceitos científicos de um jeito muito divertido e instrutivo. Neste episódio (mostrado no vídeo), ele demonstra o que é refração e sua importância para a humanidade.
Peça para os alunos acessarem o vídeo postado abaixo:

Recurso:

http://www.youtube.com/watch?v=5N3yVrRLoXg Acesso em: 03 Ago. 2009.

Figura 8 – Imagem do vídeo “Mundo de Beakman”.

Sugestão: o professor poderá gravar o vídeo em DVD e apresentar este para os alunos na Sala de Vídeo da escola, de forma que todos possam assisti-lo ao mesmo tempo.

Após a visualização do vídeo, peça para os alunos fazerem uma pesquisa na internet ou em livros sobre outros equipamentos que utilizem a ideia da refração. Peça para que cada grupo pesquise sobre um equipamento e apresente-o detalhadamente, ou seja, seu funcionamento, sua importância para a humanidade, como a refração age nele e sua historia (inventor e evolução). Sugira que cada grupo terá dez (10) minutos na próxima aula para expor seu trabalho e este deverá que ser apresentado na forma de seminário.

Recursos Complementares
Avaliação

Avalie a participação dos alunos nas discussões, na exploração do recurso, e peça para eles entregarem as anotações das aulas, avaliando, assim suas observações sobre o AO e seus resultados nas atividades propostas. Além disso, avalie a apresentação dos grupos (seu envolvimento, dedicação etc.) sobre os equipamentos que utilizem a ideia da refração.

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