Objetivos da aula

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

·         Identificar as luzes de cor vermelha, verde e azul como primárias e as cores amarela, ciano e magenta como cores secundárias decorrentes da combinação de duas dentre as três cores primárias.

Compreender como a mistura de pigmentos das cores secundárias amarela, ciano e magenta produzem as cores primárias vermelha, verde e azul.

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

Materiais:

• Três caixas de papelão (por exemplo, caixas de sapato).
• Folhas de papel fosco nas cores branca, preta e vermelha.
• Fonte de luz intensa (holofote, retroprojetor, Datashow, etc.) dotada de uma máscara destinada a estreitar o feixe de luz emitido pela fonte.
• Papel celofane vermelho dobrado várias vezes para produzir um filtro de cor vermelha ou outro filtro vermelho qualquer.
• Lâmpadas de LED nas cores vermelha, verde e azul.
• Folha de papel A4 contendo retângulos pintados com tintas foscas nas cores vermelha, verde e azul, de acordo com o padrão RGB.

Estratégias e recursos da aula

1ª Atividade – Cores ocultas

Vamos precisar de três caixas de papelão fechadas e que têm a mesma aparência externa. As caixas terão sido previamente preparadas pelo professor e, em todas elas, deverá existir um pequeno orifício situado em uma das faces laterais. Uma delas terá sido revestida, internamente, com papel preto; outra com papel branco e uma terceira com papel vermelho.

1)    Mantendo as caixas fechadas, observe atentamente os orifícios nelas existentes e tente identificar qual das três caixas é preta, branca ou vermelha por dentro. É possível fazer essa identificação com as caixas fechadas?

2)    Abra as caixas e veja como elas são por dentro, quando seu interior é iluminado pela luz ambiente. Ainda com as caixas abertas observe, novamente, os orifícios situados em uma de suas faces laterais e verifique se, agora, é possível diferenciar as três caixas que possuem uma aparência externa idêntica.

3)    Utilize os conhecimentos construídos na primeira atividade proposta nesta aula para explicar as observações que realizou da aparência dos orifícios produzidos nas três caixas. Você diria que essas observações constituem uma nova evidência de que a cor de uma superfície é dependente da luz que ela é capaz de refletir?

2ª Atividade – Imagens ocultas

Observe atentamente a imagem exibida a seguir. Esta imagem pode ser acessada em melhor definição e pode ser impressa em cores por meio do arquivo disponível neste link http://pontociencia.org.br/pdf/imagens_ocultas_para_imprimir.pdf

Descreva em palavras o que você vê nesta imagem. Depois, dobre um pedaço de papel celofane vermelho, várias vezes, ou use outro tipo de filtro vermelho que deve ser colocado sobre a imagem. Feito isto, diga o que você vê! O truque de ocultação de imagens, que você acaba de observar, tem uma explicação surpreendente. Descubra como explicar este truque nesta atividade.

Passo 1– Efeito da luz vermelha sobre superfícies coloridas

Em um ambiente bem escuro, ligue uma lâmpada vermelha e faça a luz incidir sobre uma folha de papel A4 contendo retângulos pintados com tinta foscas nas cores vermelha, verde e azul, de acordo com o padrão RGB. O melhor efeito é obtido com tinta de uso profissional. Qual é cor dos retângulos iluminados apenas por luz vermelha? É fácil distinguir o papel originalmente branco do retângulo vermelho iluminado com luz vermelha?

Na imagem da esquerda temos a fotografia de uma folha de papel branco iluminada com luz ambiente e que contem retângulos pintados nas cores vermelha, verde e azul. Na imagem da direita, temos a mesma folha de papel iluminada, exclusivamente, com luz vermelha. Nesta segunda fotografia, note como é difícil distinguir o retângulo “vermelho” do papel branco e como os outros retângulos ficam escuros (praticamente negros). Fonte: Arquivo pessoal do autor da aula; fotografias produzidas pelo próprio.

Verifique se as quatro afirmações apresentadas no texto a seguir permitem explicar as diferenças nas cores apresentadas pelos retângulos nas situações em que eles são iluminados por “luz branca” e por luz vermelha. Em caso negativo, diga por que as afirmações não são suficientes para explicar o que foi observado. Em caso positivo, escreva um texto que utilize as ideias expressas nas afirmações para explicar o que foi observado.

Afirmação 1: quando todas as cores do arco-íris alcançam, simultaneamente, o fundo dos nossos olhos, o nosso cérebro produz a sensação de “luz branca”. Afirmação 2: um objeto que nos parece branco, ao ser iluminado por “luz branca”, reflete todas as cores do arco-íris para o fundo de nossos olhos. Afirmação 3: um objeto que nos parece “vermelho”, ao ser atingido por “luz branca”, reflete apenas luz vermelha e absorve a energia associada às outras cores do arco-íris que compõem a “luz branca”. Afirmação 4: um objeto que parece verde, sob “luz branca”, reflete luz verde e absorve de todas as outras cores. Afirmação 5: um objeto que parece azul, sob “luz branca”, reflete luz azul e absorve todas as outras cores.

Passo 2– Efeito da luz verde sobre superfícies coloridas

Em um ambiente bem escuro, utilize uma lâmpada verde para iluminar a mesma folha de papel A4 usada no Passo 1. As cores exibidas pelos retângulos são diferentes daquelas observadas quando as mesmas superfícies são iluminadas com luz vermelha? É fácil distinguir o papel originalmente branco do retângulo verde iluminado com luz verde? As cinco afirmações apresentadas ao final do Passo 1 permitem compreender os resultados desse novo experimento?

Na imagem da esquerda temos a fotografia de uma folha de papel branco iluminada com luz ambiente e que contem retângulos pintados nas cores vermelha, verde e azul. Na imagem da direita, temos a mesma folha de papel iluminada, exclusivamente, com luz verde. Nesta segunda fotografia, note como é difícil distinguir o retângulo “verde” do papel branco e como os outros retângulos ficam escuros. Fonte: Arquivo pessoal do autor da aula; fotografias produzidas pelo próprio.

Passo 3– Efeito da luz azul sobre superfícies coloridas

Em um ambiente bem escuro, utilize uma lâmpada de LED azul para iluminar a mesma folha de papel A4 usada anteriormente. Responda, novamente, às seguintes questões: (i) as cores exibidas pelos retângulos são diferentes daquelas observadas quando as mesmas superfícies são iluminadas com luz vermelha ou verde? É fácil distinguir o papel originalmente branco do retângulo azul iluminado com luz azul? (ii) as afirmações apresentadas ao final do Passo 1 permitem compreender os resultados deste terceiro experimento?

Na imagem da esquerda temos a fotografia de uma folha de papel branco iluminada com luz ambiente e que contem retângulos pintados nas cores vermelha, verde e azul. Na imagem da direita, temos a mesma folha de papel iluminada, exclusivamente, com luz azul. Nesta segunda fotografia, note como é difícil distinguir o retângulo “azul” do papel branco e como os outros retângulos ficam escuros. Fonte: Arquivo pessoal do autor da aula; fotografias produzidas pelo próprio.

Passo 4– Revisitando a imagem exibida na introdução desta atividade

A imagem apresentada na introdução desta atividade contem linhas avermelhadas (tons de vermelho e laranja), além de um fundo branco. O filtro vermelho colocado sobre essa imagem permite que apenas luz vermelha incida sobre a tela ou o papel que serve de suporte para a imagem. Outras cores são “absorvidas” pelo filtro e, por essa razão, não incidem sobre a superfície de suporte. Baseado nas observações e raciocínios realizados nos passos anteriores desta atividade, responda: (i) é fácil distinguir as áreas brancas e vermelhas do suporte que sustenta a imagem, quando nós observamos esse suporte com um filtro vermelho? (ii) é possível ver a cor das linhas verdes distribuídas sobre a imagem, quando essas linhas são vistas através do filtro vermelho? (iii) afinal, qual é a cor (ou quais são as cores) que está (ou que estão) sendo ocultada(s) pelo filtro vermelho?

Passo 5– Um modelo para explicar os fenômenos observados nos passos anteriores desta atividade

O texto apresentado a seguir propõe um modelo para explicar os fenômenos observados nos passos anteriores desta atividade. 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 (ou de radiação) de energia que, ora exibe características corpusculares, ora 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. Luz vermelha é aquela cujo comprimento de onda (0,7 milionésimos de metro) é o maior de todos, dentre as ondas associadas às cores contidas no espectro do arco-íris. Dentro do mesmo espectro, a luz violeta é aquela cujo comprimento de onda (0,4 milionésimos de metro) é o menor de todos. Se compararmos as frequências das ondas contidas no espectro do arco-íris, teremos o vermelho, em um extremo, com a menor frequência (400 trilhões de vibrações por segundo), enquanto o violeta fica no outro extremo com a maior frequência (400 trilhões de vibrações por segundo).

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, isto é, como um “pacotinho de energia” que recebe o nome de fóton.

Seguindo essa regra básica, explicaremos o que acontece no experimento que você acabou de realizar, ao admitir que a luz se comporte como um conjunto de partículas. Nós acreditamos que a luz branca emitida pelo Sol ou por uma lâmpada de “luz branca” é constituída por todas as cores do arco-íris. Assim, um objeto verde, quando iluminado por “luz branca”, absorve os fótons (partículas ou corpúsculos de luz) associados às todas as outras cores e reflete (ou reemite) apenas fótons associados à cor verde. A energia dos fótons associados às outras cores será, inicialmente, absorvida pelos átomos que compõem o objeto colorido e, posteriormente, reemitida ao ambiente na forma de fótons de infravermelho, incapazes de sensibilizar os olhos humanos.

Aplicando esse modelo ao raciocínio à imagem exibida na introdução desta atividade, podemos dizer que os fótons associados à cor vermelha são os únicos que atravessam o filtro colorido vermelho que nós colocamos sobre a imagem. Quando atingem os pigmentos verdes que compõem os desenhos registrados nessa imagem, esses “fótons vermelhos” são absorvidos, sendo, posteriormente, reemitidos como “luz infravermelha”. Os pigmentos avermelhados e o fundo branco que compõem a mesma imagem são igualmente capazes de refletir ou reemitir os “fótons vermelhos”. Por isso, os pigmentos avermelhados e o fundo branco se confundem, impedindo que nós possamos distingui-los. As linhas verdes que compõem a imagem, por outro lado, tornam-se pretas e, assim, sobressaem sobre um fundo difuso e vermelho. Eis a solução do mistério. A cor verde também é oculta no processo. Contudo, são justamente as linhas verdes que se tornam “visíveis”, por contraste, ao se mostrarem como linhas escuras sobre um fundo avermelhado.

3ª Atividade – Cores complementares: luzes e pigmentos

Se combinarmos a luz proveniente de uma lâmpada colorida vermelha com a luz produzida por uma lâmpada azul, teremos a cor magenta, uma cor que costuma ser identificada como violeta- púrpura. No entanto, se misturarmos tinta vermelha com tinta azul, nós teremos uma cor escura, muito diferente da cor magenta. Por que existe esta diferença entre a mistura de luzes coloridas e pigmentos coloridos? Descubra qual é a diferença e qual é a relação entre a mistura de luzes e pigmentos nesta atividade.

Passo 1- Combinação da luz proveniente de lâmpadas coloridas

O prof. Amadeu Albino Júnior, em uma demonstração que pode ser acessada neste link (http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/17029), reproduz uma experiência clássica sobre combinação de luzes coloridas e cores complementares. Ele utiliza lâmpadas fluorescentes com filtros coloridos que reproduzem as cores primárias vermelha, verde e azul. Essas lâmpadas podem ser adquiridas em lojas elétricas dedicadas a projetos de iluminação. Sugerimos o acesso ao link e a reprodução, em sala de aula, da demonstração sugerida pelo Prof. Amadeu, para que os estudantes observem as: (i) combinações da luz proveniente de duas ou mais lâmpadas coloridas ligadas simultaneamente; (ii) sombras de um objeto opaco colocado diante da luz proveniente das lâmpadas coloridas.

Passo 2- Combinação de pigmentos nas cores amarela e ciano

Para realizar essa segunda parte da atividade de investigação sobre as diferenças e a relação entre a cor proveniente da combinação de lâmpadas coloridas e as cores associadas à mistura de pigmentos coloridos, nós vamos precisar de pequenas quantidades de pigmentos, de uso profissional, nas cores amarelo, ciano e magenta. Esses pigmentos são encontrados em lojas que comercializam material para artistas plásticos profissionais. São materiais relativamente caros, mas necessários à demonstração que iremos realizar.

Caso você não tenha acesso a pigmentos de boa qualidade, poderá assistir ao vídeo da demonstração disponível neste link [http://pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?experimento=1114&CORES+COMPLEMENTARES+LUZES+E+PIGMENTOS], mas somente depois de fazer as previsões solicitadas a seguir.

No primeiro segmento do vídeo, nós misturamos pigmento amarelo com pigmento ciano. Leia as afirmações listadas abaixo e pense na questão proposta ao final, para prever a cor que irá resultar da mistura.

1.    De acordo com a demonstração apresentada no Passo 1, a cor amarela é proveniente da mistura de luz verde com luz vermelha. Disso podemos concluir que o pigmento amarelo, ao ser atingido por “luz branca”, reflete luz vermelha e luz verde de volta ao ambiente, enquanto absorve o azul e todas as outras cores.

2.    A partir da mesma demonstração sobre mistura de luzes coloridas e do mesmo raciocínio exposto acima, nós podemos concluir que o pigmento ciano ao ser atingido por “luz branca”, reflete luz azul e luz verde de volta ao ambiente, enquanto absorve o vermelho e todas as outras cores.

3.    Sendo assim, ao misturar pigmentos amarelo e ciano, qual será a única cor de luz que poderá ser refletida de volta ao ambiente?

Feita a previsão, assista ao vídeo e compare previsão e observação.

Passo 3- Combinação de pigmentos nas cores magenta e ciano ou magenta e amarelo

Agora, a mistura de pigmentos combinará tinta magenta com tinta ciano. Se continuarmos a linha de raciocínios iniciada no Passo 2 desta atividade, chegaremos à conclusão de que o pigmento magenta, ao ser atingido por “luz branca”, reflete luz vermelha e luz azul de volta ao ambiente. Sendo assim, qual deve ser a cor resultante da mistura de um pigmento magenta e de um pigmento ciano? Feita a previsão, assista ao segundo segmento do vídeo e compare previsão e observação.

Por fim, misturaremos as cores magenta e amarelo. Faça, novamente, uma previsão sobre a cor resultante dessa combinação, agora que você já sabe quais cores são absorvidas e quais cores são refletidas por cada tipo de pigmento. Depois, assista ao terceiro segmento do vídeo e compare previsão e observação.

Sugestões de links

O autor desta aula é também um dos principais colaboradores do Projeto Pontociencia (http://pontociencia.org.br/), um portal na internet que apresenta sugestões de atividades práticas ou experimentais para o ensino e a aprendizagem das ciências da natureza. Uma bolsista que trabalhou sob a orientação do autor postou, no site do projeto, um experimento que foi concebido para esta aula. Esse experimento pode ser acessado neste link http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/24319.

Os outros links sugeridos a seguir indicam imagens, propostas de experimentos práticos, vídeos, simulações ou animações que o ajudarão a entender como as cores dos objetos estão associadas à luz que incide sobre eles e qual é a diferença entre cores produzidas pela composição de luzes coloridas ou pela mistura de pigmentos coloridos.

1.       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/

2.    Sabre de luz: parte 1. Experimento prático: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/14775

3.    Sabre de luz: parte 2. Vídeo: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/14776

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

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

6.    Light dispersion conceptual. Imagem: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/7907

7.    Quantas cores têm a tua caneta violeta? Experimento prático: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/11833

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

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 a clorofila absorve?

b) Qual(is) das cores da luz solar 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.