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O intuito deste trabalho, além de ser a conclusão do curso 4300459 - O Computador e o Vídeo no Ensino de Física, do professor Ewout Ter Haar, oferecer um mini curso sobre Reflexão total da luz, tema recorrente e que traz a física para o cotidiano do aluno. Ele é voltado para professores do Ensino Médio regular e tem a intenção de ajudar o professor a aproximar a física do cotidiano dos alunos para eles mesmos. Para esta aprendizagem, sugiro as seguintes discussões:
Requisitos - o que o professor tem que ter a certeza que os alunos já têm fixado antes de apresentar a proposta. - em matemática: ângulos: Ângulo é a reunião de dois segmentos de reta orientados (ou duas semi-retas orientadas) a partir de um ponto comum. http://img.photobucket.com/albums/v494/pedrovituzzo/requis2.jpg A interseção entre os dois segmentos é denominada vértice do ângulo e os lados do ângulo são os dois segmentos (ou semi-retas). http://img.photobucket.com/albums/v494/pedrovituzzo/requis3.jpg Quando não houver dúvida ou necessidade de orientação, podemos indicar o ângulo simplesmente pela letra que representa o vértice, como por exemplo: Ô. Uma outra notação para ângulo é AÔB, sendo O o vértice do mesmo e as letras A e B localizadas nos lados do ângulo.
- em física: para o entendimento do assunto tratado neste trabalho, é necessário que os alunos tenham conhecimento de alguns conceitos anteriores de física. Não se trata de assuntos complicados, já que reflexão da luz é um dos primeiros pontos a serem tratados quando a Óptica é estudada no Ensino Médio. Falaremos das propriedades da luz e a diferença existente entre reflexão e refração.
Propriedades da luz: a luz propaga-se no vácuo, mas ao chegar à atmosfera terrestre encontra vários meios (ar, água, vidro, etc.) que mudam a velocidade de sua trajetória. Para saber o que acontece com a luz quando incide em um objeto, primeiro devemos considerar a energia da fonte luminosa, da freqüência com a qual os elétrons vibram no material naturalmente e da resistência com a qual os átomos no material prendem seus elétrons. Com isso, a luz incidente pode
1) ser refletida ou espalhada para fora do objeto (o objetivo deste trabalho); 2) ser absorvida pelo objeto; 3) ser refratada através do objeto (fenômeno explicado logo abaixo); 4) passar totalmente através do objeto.
Reflexão x refração: o fenômeno de reflexão, foco deste trabalho, já está definido na parte de teoria (logo abaixo). Para não haver confusão para os alunos, achamos importante o professor falar do fenômemo de refração. Refração é a passagem da luz de um meio para outro. Observamos que, quando um raio de luz incidente for oblíquo, a refração é acompanhada de desvio de direção, o que não acontece se a incidência do raio for perpendicular. Verifique a figura: http://img.photobucket.com/albums/v494/pedrovituzzo/requis4.jpg
Teoria - aqui mostramos os conceitos básicos e as leis que regem o fenômeno de reflexão da luz.
Definição Reflexão da luz é o fenômeno que consiste no fato de a luz voltar a se propagar no meio de origem, após incidir sobre um objeto ou superfície. O vídeo abaixo mostra como isto ocorre:
http://www.youtube.com/watch?v=GbVxUuAQxVo Observação: assista ao vídeo até 01:19
Leis da reflexão Os fenômenos em que acontecem reflexão obedecem a duas leis fundamentais:
1ª lei da reflexão
O raio incidente (Ri), a normal (N) e o raio refletido (Rr) são coplanares, ou seja, estão contidos no mesmo plano.
2ª lei da reflexão
2ª LEI: O ângulo de incidência (θi) e o ângulo de reflexão (θr) têm a mesma medida. http://img.photobucket.com/albums/v494/pedrovituzzo/teoria2.gif
Contexto histórico - a fim de situar o professor na discussão, apresentamos um breve histórico sobre o tema. Historicamente, o primeiro a formular uma explicação para a reflexão da luz foi Heron (150 a 100 aC) de Alexandria. Utilizando-se do princípio aristotélico, que diz que a natureza nada faz de modo mais difícil, argumentou que a luz percorre o menor caminho entre dois pontos quaisquer. Ora, se a luz é obrigada a desviar-se durante o percurso, ainda assim percorre o menor caminho entre a fonte e o alvo. A esse princípio de óptica geométrica damos o nome de princípio de Heron. http://img.photobucket.com/albums/v494/pedrovituzzo/histo1.jpg Muito mais tarde, em 1657, Fermat (foto) enunciou princípio semelhante; porém, assinalava que o tempo era mínimo e não a distância percorrida. Esse princípio é conhecido como princípio de Fermat.
Experimento Proposta O professor pode começar sua aula perguntando: A luz faz curvas? Como o aproveitamento de todos os alunos é de extrema importância, sugerimos que o professor reorganize a sala de aula, colocando as carteiras ao redor da primeira. Assim, todos se virão e ficará mais fácil orientar a discussão. Num primeiro momento, deixe os alunos discutirem entre si para você verificar o nível de envolvimento deles. Após isto, comece perguntando se eles sabem como a internet rápida chega até a casa deles. Uma importante discussão que envolve reflexão da luz, se refere à fibra óptica, bastante utilizada em telefonia, sinal de televisão e internet hoje em dia. Trazer este conceito para discussão com os alunos será rico, pois o cotidiano deles será explicitado. Para responder à pergunta que permeia a discussão, o professor pode falar que um fenômeno associado a luz é o fato de que podemos fazer com que esta onda eletromagnética desvie para onde desejarmos, basta que possamos refletí-la! A partir disto, você pode expôr o funcionamento de fibras ópticasm são fios longos e finos de vidro muito puro, com o diâmetro aproximado de um fio de cabelo humano, dispostas em feixes chamados cabos ópticos e usadas para transmitir sinais de luz ao longo de grandes distâncias. A luz penetra nestes fios e fica refletindo em suas paredes continuamente, como mostra a figura abaixo. Estes impulsos de luz podem ser codificados e transformados em informações. Normalmente, ao invés de se utilizar luz visível, utiliza-se também a luz infravermelha. Esta fibra tem ainda dois revestimentos: o primeiro de um material de baixo índice de refração, para ajudar a luz a "ficar presa" dentro do cabo, e o segundo revestimento seria um plástico para proteger a fibra óptica do ambiente externo. A fibra óptica tem muitas vantagens que a tornam melhor do que as vias de transmissão que normalmente usamos. Ela pode ser instalada aonde fios normais não podem, pois não sofre nenhum tipo de interferência eletromagnética. Além disso, a taxa de transmissão é maior do que nos fios comuns, porém o seu alto custo ainda é um grande obstáculo para sua implementação. http://img.photobucket.com/albums/v494/pedrovituzzo/experi1.jpg
Para ampliar seu conhecimento, veja os vídeos abaixo que explicam o funcionamento de um cabo de fibra óptica: http://www.youtube.com/watch?v=ZCMKHqaLi4o http://www.youtube.com/watch?v=lW7a0SWKICg
A fim de trazer a física para o cotidiano do aluno, é importante mostrar subsídeos para que o mesmo consiga realizar experimentos simples, com materiais do cotidiano e fácil entendimento. Experiência
Materiais necessários: Garrafa Pet de 2,0 L transparente e apontador Laser
Procedimentos experimentais: você deve inicialmente furar a garrafa na base, e colocá-la em cima de uma mesa. Coloque um balde para que a água que sair pelo furo não caia no chão. Pegue o laser e verifique se é possivel ficar atrás da garrafa com ele. Encha a garrafa Pet com água e tape o furo com seu dedo. Leve a garrafa para um local onde seja plano e você possa deixar a água fluir pelo furo. Deixe a agua fluir pelo furo e pegue o apontador Laser e incida o feixe do laser por trás da garrafa, de modo que o feixe incida diretamente no buraco da saída da àgua e veja o que acontece.
Abaixo, apresentamos um vídeo de alunos de Ensino Médio que fizeram este experimento e postaram no YouTube. Isto ajudará você a orientar seus alunos: http://www.youtube.com/watch?v=gsPdWQHUEA4 Para que tanto a discussão, quanto o experimento não se tornem simples exercícios, divida a sala em grupos para elaboração de seminários, cada um apresentando a experiência de uma forma diferente: internet, vídeos, apresentação em sala de aula, outras discussões, montagens e experiências alternativas, etc..
Referências bibliográficas - JUNIOR, Francisco Ramalho, FERRARO, Nicolau Gilberto e SOARES, Paulo Antônio de Toledo - Os Fundamento da Fisica, Volume 2. Editora Moderna - 6a Edição. - AMALDI, Ugo - Imagens da Física - Curso completo. Editora Scipione - 1995. - FIGUEIREDO, Eduardo e FOGO, Ronaldo - Livro 12 - Óptica, Coleção Objetivo - Editora Sol - 2002 http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xvii/sys/resumos/T0010-1.pdf - acessado em 02/11/2010 http://www.anossaescola.com/cr/AdvHTML_Upload/1434173832_e4f8b3c562.jpg - acessado em 04/11/2010 http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Reflexaodaluz/reflexao.php - acessado em 04/11/2010 http://www.youtube.com/watch?v=O_y2UFchpIw - acessado em 09/11/2010 http://informatica.hsw.uol.com.br/fibras-opticas2.htm - acessado em 09/11/2010 http://pessoal.sercomtel.com.br/matematica/fundam/geometria/geo-ang.htm - acessado em 09/11/2010 http://www.ibb.unesp.br/nadi/Museu2_qualidade/Museu2_corpo_humano/Museu2_como_funciona/Museu_homem_nervoso/Museu_homem_nervoso_visao/Museu2_homem_nervoso_visao_luz.htm - acessado em 11/11/2010 http://www.algosobre.com.br/fisica/refracao-da-luz.html - acessado em 11/11/2010 http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=pmd&cod=_pmd2005_i3002 - acessado em 16/11/2010 http://juanpablo2.vilabol.uol.com.br/reflexaototal/Reflexao08.htm - acessado em 16/11/2010 http://www.educ.fc.ul.pt/docentes/opombo/seminario/fermat/images/Fermat_5.jpg - acessado em 16/11/2010
Grupo: Cleo Batista, Letícia Pires e Pedro Vituzzo