Caracterizar e diferenciar a reflexão especular da luz da reflexão difusa.

Interpretar a cor exibida por uma superfície como consequência de um processo de absorção e reflexão seletivas da luz que incide sobre ela.

Por se tratar de uma atividade introdutória, não são exigidos conhecimentos prévios dos alunos

Materiais:

• Ambiente escuro.
• Retroprojetor ou Datashow ou outra fonte de luz intensa (holofote, por exemplo).
• Um espelho pequeno.
• Superfícies opacas nas cores foscas preta, branca, azul, verde e vermelha.
• No caso de se utilizar o retroprojetor como fonte de luz, usar máscara de papel-cartão com um recorte quadrado e centralizado.

Estratégias e recursos da aula

1ª Atividade – Reflexão de “luz branca” em superfícies opacas pretas ou brancas

Levaremos o equipamento mencionado na lista de materiais para uma sala que possa ficar bem escura. Ao utilizarmos um retroprojetor ou um holofote, faremos uso de uma máscara de papel cartão para restringir a quantidade de luz no ambiente. Ao utilizarmos um Datashow, prepararemos um “slide” totalmente branco e aproximaremos o Datashow da parede para restringir a região atingida pelo feixe de luz.

Posicionaremos a fonte de luz em um dos cantos da sala, ligaremos a fonte e, depois, vamos escurecer o ambiente. Por fim, utilizaremos uma superfície branca e fosca para interceptar o feixe de luz. Nessas condições, observe a parede situada atrás dessa fonte. Você diria que a superfície branca refletiu luz em direção à parede?

Na imagem da esquerda, vemos o espelho de um retroprojetor sobre cuja base foi colocada uma máscara de papel-cartão. A luz proveniente do retroprojetor viaja em direção à câmera fotográfica usada para registrar a imagem, que foi colocada em frente ao aparelho. Por isso, pouca luz alcança a parede situada atrás do retroprojetor. Na imagem da direita, vemos essa mesma parede iluminada com a luz que foi refletida por uma superfície branca e opaca colocada na frente do retroprojetor. Fonte: Arquivo pessoal do autor da aula; fotografias produzidas pelo próprio.

Repetiremos o procedimento, mas desta vez substituiremos a superfície branca por uma preta e fosca. E agora: você diria que houve reflexão de luz, de forma significativa?

Muitas pessoas acreditam que apenas espelhos são capazes de refletir luz. A partir do que você acaba de observar, como você avalia essa crença?

Na imagem da esquerda, vemos o espelho de um retroprojetor sobre o qual foi colocada uma máscara de papel-cartão. A luz proveniente do retroprojetor viaja em direção à câmera fotográfica usada para registrar a imagem, que foi colocada em frente ao aparelho. Por isso, pouca luz alcança a parede situada atrás do retroprojetor. Na imagem da direita, vemos que a parede atrás do retroprojetor permanece pouco iluminada, quando a luz proveniente desse aparelho incide sobre uma superfície escura e opaca. Fonte: Arquivo pessoal do autor da aula; fotografias produzidas pelo próprio.

2ª Atividade – Reflexão de “luz branca” em superfícies opacas coloridas

Repetiremos os procedimentos descritos na atividade anterior, mas, desta vez, faremos o feixe de “luz branca” incidir sobre superfícies opacas nas cores vermelha, verde e azul. Observe o efeito da incidência da luz sobre essas superfícies coloridas no lado da sala que fica através da fonte de luz. Compare as observações realizadas agora com aquelas que você fez na atividade anterior.

 Para produzir esta imagem, nós utilizamos uma superfície vermelha e opaca para interceptar a luz proveniente de um retroprojetor. Essa superfície refletiu luz em direção à parede situada atrás do aparelho. Note como a parede se tornou avermelhada. Fonte: Arquivo pessoal do autor da aula; fotografia produzidas pelo próprio.

 Para produzir esta imagem, nós utilizamos uma superfície verde e opaca para interceptar a luz proveniente de um retroprojetor. Essa superfície refletiu luz em direção à parede situada atrás do aparelho. Note como a parede se tornou esverdeada. Fonte: Arquivo pessoal do autor da aula; fotografia produzidas pelo próprio.

 Para produzir esta imagem, nós utilizamos uma superfície azul e opaca para interceptar a luz proveniente de um retroprojetor. Essa superfície refletiu luz em direção à parede situada atrás do aparelho. Note como a parede se tornou azulada. Fonte: Arquivo pessoal do autor da aula; fotografia produzidas pelo próprio.

3ª Atividade – Ideias para explicar os resultados dos experimentos propostos nas atividades 1 e 2

A partir das ideias apresentadas no texto a seguir, procure explicar os resultados dos experimentos realizados nas atividades anteriores.

“Nas ciências, acreditamos que a luz emitida pelo Sol ou por uma lâmpada “branca” é constituída por luzes com tons que percorrem todo o espectro do arco-íris. Além disso, acreditamos que um objeto opaco colorido, iluminado por luz “branca”, reflete apenas uma parte das luzes coloridas que incidem sobre ele. Por fim, também acreditamos que as luzes cujas cores não são refletidas pela superfície de um objeto opaco colorido são absorvidas por ele”.

4ª Atividade – Reflexão de luz em superfícies opacas ou especulares

Interceptaremos um feixe intenso de “luz branca” com um pequeno espelho e observaremos o efeito dessa interceptação na parede situada atrás da fonte de luz. Depois, repetiremos o procedimento usando uma superfície branca e opaca para comparar a extensão da região da parede que fica iluminada, bem como o brilho exibido por essa região. Após realizar essa comparação, observe o diagrama disponível neste link http://pontociencia.org.br/galeria/#/content/Fisica/Optica/Reflexao%20especular%20e%20difusa.jpg e tente utilizá-lo para explicar por que é tão diferente o modo como a parede é iluminada nas duas situações.

Na imagem da esquerda, vemos uma parede situada atrás de um retroprojetor, que foi iluminada com a luz refletida por uma superfície branca e opaca. Na imagem da direita, vemos a mesma parede que apresenta uma pequena região intensamente iluminada, mas que continua escura e pouco iluminada fora dessa região. Fonte: Arquivo pessoal do autor da aula; fotografia produzidas pelo próprio.

5ª Atividade – Um modelo para explicar os fenômenos observados nas atividades anteriores desta aula

O texto apresentado a seguir propõe um modelo para explicar os fenômenos observados nas atividades anteriores desta aula. Leia o texto com atenção e faça uma marca sobre ideias ou palavras novas de difícil compreensão. Prepare-se para conversar sobre o significado dessas ideais e palavras com o professor e os outros colegas da turma, depois que todos tiverem terminado de fazer a leitura.

De acordo com as ciências, a luz é um fenômeno de propagação (isto é, de radiação) de energia. O que é mais curioso e estranho em relação à luz é o fato de que, ora ela se comporta como se fosse constituída por “corpúsculos”, “partículas” ou “pacotinhos” de energia, ora ela exibe características ondulatórias.

Do ponto de vista corpuscular, cada uma das diferentes cores visíveis aos olhos humanos é constituída por “corpúsculos”, “partículas” ou “pacotinhos” que contêm uma quantidade específica de energia (as “partículas”, os “corpúsculos” ou os “pacotinhos” de energia são chamados de fótons). Luz vermelha é aquela cujos fótons contêm a menor quantidade de energia, dentre as cores contidas no espectro do arco-íris. Dentro do mesmo espectro, a luz violeta é aquela cujos fótons contêm a maior quantidade de energia.

Do ponto de vista ondulatório, cada uma das diferentes cores visíveis aos olhos humanos se propaga na forma de uma onda que tem um comprimento de onda ou uma frequência bem específicos.

Apesar de parecer uma ideia desafiadora, essa “dupla identidade” da luz, como onda ou como partícula, segue uma regra básica: (i) quando se propaga, de um ponto a outro do espaço, a luz sempre se comporta como onda; (ii) quando é absorvida ou emitida pelos átomos que compõem os materiais, a luz sempre se comporta como partícula. Seguindo essa regra básica, nós iremos admitir que a luz se comporta como um conjunto de partículas (fótons) para explicar o que acontece no experimento “Reflexão especular, difusa e seletiva”.

Nas ciências, acreditamos que a luz emitida pelo Sol ou por uma lâmpada “branca” é constituída por luzes com tons que percorrem todo o espectro do arco-íris. Além disso, acreditamos que um objeto colorido, iluminado por luz “branca”, reflete apenas uma parte das luzes coloridas que incidem sobre ele. Por fim, também acreditamos que: (i) as luzes cujas cores não são refletidas na superfície de um objeto, são absorvidas por ele; (ii) a energia associada às luzes absorvidas é, posteriormente, reemitida ao ambiente, na forma de fótons de infravermelho, incapazes de sensibilizar os olhos humanos.

A partir desse conjunto de afirmações, as ciências dizem que uma superfície vermelha, quando iluminada por “luz branca”, absorve os fótons associados às outras cores do espectro do arco-íris e reflete (ou reemite) apenas fótons associados à cor vermelha. Uma superfície branca, por sua vez, reflete ou reemite a maioria dos fótons que incidem sobre ela.

Todavia, comparada à reflexão realizada por um espelho, a reflexão que ocorre em uma superfície branca e opaca é considerada difusa ou “espalhada”. Por isso, a luz refletida por esse tipo de superfície alcança uma grande região que, então, exibe um brilho menos intenso. O espelho não reflete “mais luz” do que uma superfície branca e opaca. Porém, a luz refletida por um espelho não sofre “espalhamento” ou difusão, ficando restrita a uma pequena região. A concentração da energia luminosa em uma região menor explica porque o brilho exibido por essa região se mostra mais intenso.

Sugestões de links

1.       Portal público criado para difundir o uso de atividades práticas na educação em ciências e para promover a divulgação científica. http://pontociencia.org.br/

2.       Site criado pelo autor desta aula para permitir o acesso de seus estudantes a materiais criados para dar suporte ao ensino e à aprendizagem da Física. https://sites.google.com/site/1anofisicacoltecufmg/

3.    Os Curiosos – Luz e Cor. Vídeo: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/16578

4.    Cor e visão. Animação/simulação: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/9281

5.    Qual é a cor de um corpo negro? Experimento prático: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/18726

Reflexão especular e difusa. http://pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?experimento=1179&REFLEXAO+ESPECULAR+DIFUSA+E+SELETIVA

A avaliação deve ser consistente com o que propõem os objetivos de aprendizagem descritos no item “O que o aluno poderá aprender com esta aula”. Alguns exercícios de lápis e papel similares aos que apresentamos a seguir podem ser usados tanto para transferir a responsabilidade aos estudantes pelo uso dos conhecimentos construídos ao longo da aula, quanto para identificar eventuais dificuldades de compreensão dos conceitos e relações que estruturam a atividade.

Questões:

Questão 1

Descreva a reflexão da luz nos seguintes objetos, identificando as diferenças: espelho, vidro transparente, papel branco, cartão vermelho e cartão preto fosco.

Questão 2

Em um dia ensolarado, uma criança observa que a sombra de seu balão azul tem a mesma cor do balão. Explique esse fato, considerando o que acontece com a luz do Sol ao atingir o balão.

Questão 3

Explique por que um disco que nos parece azul ao ser colocado sob a luz do Sol nos parecerá escuro (praticamente negro) caso seja iluminado por luz exclusivamente vermelha.

Questão 4

Os vegetais são verdes, em sua grande maioria, graças à clorofila.

a) Qual(is) das cores da luz solar que a clorofila absorve?

b) Qual(is) das cores da luz solar que a clorofila reflete?

Questão 5

Um estudante disse que “os vegetais dependem da luz verde para fazer a fotossíntese”. Baseado em sua resposta à pergunta anterior, comente a afirmação desse estudante. Diga se concorda ou não com ela e justifique.

Questão 6

Colocamos ao sol duas latas metálicas de mesmo tamanho contendo uma mesma quantidade de água. A primeira lata foi pintada de preto fosco por dentro e por fora. A segunda lata foi pintada de branco. Depois de algumas horas, em qual das latas a temperatura da água será maior? Justifique.