UMA PROPOSTA CONTEXTUALIZADA PARA DISCUTIR OS CONCEITOS DE LUZ E ENERGIA UTILIZANDO MATERIAIS RECICLADOS.

## UMA PROPOSTA CONTEXTUALIZADA PARA DISCUTIR OS CONCEITOS DE LUZ E ENERGIA UTILIZANDO MATERIAIS RECICLADOS.

Shalimar Calegari Zanatta , Marilene Mieko Yamamoto Pires , Hercilia Alves 1 2 Pereira 3

1 FAFIPA/Departamento de Ciências /shalicaza@yahoo.com.br

2 FAFIPA/Departamento de Ciências /mmypires@hotmail.com

3 UNIR/Departamento de Física /herciliaap@unir.br

## Resumo

O FERA COM CIÊNCIA é um evento que vem sendo promovido pela Secretaria de Estado da Educação do Paraná desde 2004. Trata-se de um projeto integrador de grande expressão educacional. Na sua configuração atual os objetivos gerais englobam o enriquecimento da formação de alunos e professores propiciando o aprimoramento da criatividade e o desenvolvimento científico e social. Para tal, oferece oportunidades para a divulgação de trabalhos de natureza científica e tecnológica, incentivando a curiosidade e a pesquisa.O evento tem a duração de 40 horas distribuídas entre oficinas de diversas naturezas (16 horas), apresentações científicas e culturais. Este trabalho aborda o procedimento e os resultados da oficina: Ondas Eletromagnéticas e Aplicações Tecnológicas. O público alvo foi professores, participantes do evento, de diversas áreas que atuam em diferentes séries, desde o Ensino Fundamental até o Ensino Médio. Trata-se de uma proposta de contextualização dos conceitos e fenômenos envolvidos, tais como, ondas eletromagnéticas, luz, cores, matéria e energia. A oficina está estruturada em exposições teóricas e na confecção de materiais simples que utilizam materiais reciclados e estão relacionados com o conteúdo programático. Uma avaliação prognóstica apontou que entre os 30 participantes, apenas 2 mostraram algum nível de conhecimento relacionado ao tema abordado. Portanto, este projeto representa um desafio, relacionar conceitos de ciências com às tecnologias atuais. Como resultado final, observou-se que os conceitos relacionados com os temas abordados foram assimilados por mais de 60% dos professores participantes.

Palavras-chave : FERA, professores, ondas eletromagnéticas, aplicações.

## Introdução

No Estado do Paraná, o Projeto Festival de Arte da Rede Estudantil (FERA) e o Projeto Educação Com Ciência se configuraram, nos últimos anos, como atividades integradoras de grande expressão educacional. O Projeto FERA, desde seu lançamento em 2004, mobilizou milhares de estudantes, professores, artistas e representantes da comunidade em suas atividades artístico-culturais. Em todas as etapas, o Festival alcançou seus objetivos de propiciar o enriquecimento na formação de alunos e professores e o aprimoramento da expressão de sua criatividade. Da mesma forma, o Projeto Educação Com Ciência tem como objetivo proporcionar aos estudantes paranaenses, em todas as suas edições, a oportunidade de divulgação de trabalhos de natureza científica e tecnológica, incentivando a curiosidade e a pesquisa. Ambos os Projetos, programas pioneiros

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na Educação do Paraná, estimularam o aprendizado de conteúdos curriculares e a produção cultural e despertaram na comunidade educacional o interesse pela cultura, pela arte e pela ciência, fortalecendo-a para estender o conhecimento adquirido a todos os domínios da vida.

Em 2008, a Secretaria de Educação do Paraná propôs a integração desses dois grandes projetos educacionais - FERA COM CIÊNCIA. O tema deste evento em 2010 foi - Cultura e Tecnologia na Preservação Ambiental. Deste modo, práticas pedagógicas de cunho investigativo ou informativo puderam contribuir para o desenvolvimento das reflexões sobre o homem e seu ambiente. Neste trabalho descrevemos ações metodológicas empregadas na oficina ONDAS ELETROMAGNÉTICAS E APLICAÇÕES TECNOLÓGICAS, ministrada para professores do ensino Fundamental e Médio de diferentes áreas do conhecimento. O evento ocorreu entre os dias 06 e 09 de abril de 2010 na cidade de Santa Isabel do Ivaí-Paraná sob a coordenação do Núcleo Regional de Educação de Loanda Paraná. Mais informações sobre este evento pode ser obtido no sítio www.diadiaeducacao.pr.gov.br.

## Ação Metodológica Aplicada na Oficina

Através de uma avaliação prognóstica, foi constatado que a grande maioria dos professores (aproximadamente 93%) apresentam dificuldades em conceituar onda, matéria e energia, principalmente. Talvez, em função disto, também apresentaram dificuldades em relacionar os fenômenos associados. Constatado as dificuldades, iniciamos nossas discussões definindo onda e partícula. Para mostrar algumas das propriedades da luz, construímos um periscópio. Este instrumento óptico de simples montagem (caixa tetra pak e dois espelhos planos com a medida da caixa) nos permitiu discutir as leis da reflexão da luz através de um espelho plano. Neste caso, os participantes foram conduzidos a observar que o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão da luz são iguais com relação a uma reta perpendicular à superfície refletora. A construção do periscópio funcionou como um gatilho para disparar uma discussão histórica a cerca da natureza da luz. Teria a luz um comportamento ondulatório ou corpuscular? Durante as discussões foi apresentada a disputa histórica entre o inglês Isaac Newton (1642 - 1727) e Robert Hooke (1635 - 1703) ambos, membros da recém criada Royal Society. Para Newton a luz poderia ser explicada através da teoria corpuscular, enquanto, Hooke defendia o modelo ondulatório, seguido também pelo italiano Francesco M. Grimaldi (16181730) e Christian Huygens (1629 - 1695).

Ambas as teorias encontravam explicações para a reflexão e refração da luz. No entanto, devido ao prestígio de Newton, depois de sua obra 'Optika' (1.704), onde se afirmava o caráter corpuscular da luz, ficou decretado que a luz seria a propagação de partículas num meio, caracterizado como éter. [EINSTEIN, Albert; INFELD, Leopold 2008].

- O fenômeno da refração está intimamente relacionado com a mudança da velocidade de propagação dos raios de luz entre 2 meios. Definimos como índice de refração a razão entre estas velocidades de propagação da luz, sendo portanto, um número adimensional.Os participantes da oficina verificaram a refração da luz ao

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atravessar um recipiente com nujol (óleo laxante com n=1,477 a 20 o C). [NUSSENZVEIG, H. Moysés 1997] .

Ainda na discussão histórica sobre a natureza da luz, foi apresentado aos participantes as descobertas do físico inglês Thomas Young (1801 - 1803) sobre a difração e interferência da luz por fendas duplas. Estes experimentos foram cruciais para a decisão acerca da natureza da luz, além de ser considerado como um dos cinco mais belos experimentos de toda a história da Física. [HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl 1992].

Para auxiliar as discussões acerca da natureza ondulatória da luz, construímos uma lanterna caseira. Para tal, utilizamos um recipiente de detergente vazio, duas pilhas de tamanho D, um LED ( light emission diode) branco, fita crepe, papel alumínio, palha de aço, fio elétrico e um clipe. Esta montagem proporcionou discussões de outros temas relevantes, como a associação em série das pilhas, corrente contínua, o comportamento dos semicondutores (diodos), metais e isolantes além de oportunizar aos participantes o manuseio do multímetro. Estas discussões e ações, promovidas pela confecção da lanterna, foram recebidas com entusiasmo pelos participantes.

Para a montagem da lanterna cortou-se a parte superior do recipiente de detergente com 4 cm e retirou-se o bico dosador. Esta peça foi invertida e novamente fixada no corpo do detergente (que ficou com 16 cm). Na parte inferior do recipiente duas pilhas em séries foram acomodadas, utilizando-se de revistas velhas para 'prender' as pilhas cujo diâmetro é menor do que o diâmetro do recipiente (detergente). Colocamos o pólo negativo da pilha em contato com o fio condutor localizado na parte inferior do recipiente. Para aumentar a eficiência deste contato, uma bolinha de palha de aço foi enrolada na extremidade desencapada do fio. Este fio foi fixado na parte externa do recipiente com um clipe preso em sua extremidade desencapada. O clipe funcionou como o interruptor da lanterna. Sobre o pólo positivo da pilha fixamos, com fita crepe, o positivo do LED. O pólo negativo foi conectado com um fio de aproximadamente 4 cm, que ficava próximo ao clipe, pronto para entrar em contato caso, desejássemos acender a lanterna. Uma fita adesiva transparente fez o papel do vidro protetor do LED. Em resumo, nosso circuito contempla as duas pilhas em série com o LED tendo um clipe como interruptor. O recipiente do detergente é ideal para suportar tal arranjo.

Com as lanternas em punho, os participantes a utilizaram para observar os fenômenos da difração e refração da luz (é importante que a sala seja escurecida com cortinas ou jornais nos vidros). A difração,foi observada através das sombras dos objetos. Neste momento discutiu-se o fenômeno sobre a atração entre as sombras. Apesar de curioso, este fenômeno nunca recebeu atenção nos livros didáticos. Quando duas sombras se aproximam, aquela que se encontra mais próxima do objeto que lhe corresponde será 'atraída' (deformada) pela outra sombra do objeto mais distante [SILVEIRA, F. L. ; AXT, R 2007].

Observamos o fenômeno da interferência incidindo as luzes das lanternas numa lâmina de barbear e fazendo-a atravessar um tecido fino, como em geral são os tecidos das cortinas. O tecido que faz o papel de grade de difração.. Estes fenômenos foram discutidos considerando a natureza ondulatória da luz. Também utilizamos um laser de diodo para observarmos as franjas de interferência quando a luz incide num fio de cabelo. As distâncias entre o cabelo e o anteparo podem ser testadas e adaptadas conforme a melhor visualização das franjas. Geralmente a

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distância entre o laser e o cabelo mede aproximadamente 40 cm e entre o cabelo e o anteparo 100 cm. Aqui pudemos explorar a relação entre a largura da fenda e a

franja da difração e as distâncias entre as fendas. Onde: a sen( Ѳ ) =m ૃ ( a é a

abertura da fenda, Ѳ é o â ngulo entre o centro do m ximo central at o m nimo de á é í

ordem m (lembre-se haver uma franja com v rios pontos de m nimo, cada um com ' ' á á í

um valor de 'm' diferente) e ૃ é o comprimento de onda do laser). No caso do fio de

cabelo determinamos sua espessura, utilizando o mesmo procedimento utilizado para determinar a largura de uma fenda simples. Associamos estes fenômenos com o 'arco-íris', observado nos CDs. Aliás, também apresentamos outro modo de obter uma grade de difração eficiente - os CDs ou DVDs. O seu uso para construção de espectroscópios didáticos de baixo custo tem sido bastante discutido e difundido. [GARCIA, N.M.D; KALINOWSKI, H. J 2004].

A lanterna caseira também oferece uma ótima oportunidade para mostrar a reflexão interna total e ângulo crítico, fenômenos que explicam a utilização das fibras óticas para o sistema de comunicação atual. Como já foi mencionado, quando a luz passa de um meio mais refringente para outro menos refringente (n1 > n2) o raio refratado se afasta da normal. Existirá um ângulo de incidência, que quando o raio é refratado, seu feixe emergirá paralelo à superfície, correspondendo a refração rasante. Neste caso, o ângulo de incidência é denominado ângulo limite ou crítico ( θ c ). Para qualquer ângulo de incidência maior que o ângulo crítico, não haverá refração, o raio de luz incidente fica refletindo no interior do meio com o maior índice de refração, temos então a reflexão interna total.

O efeito da reflexão interna total foi observado incidindo o feixe de luz da lanterna confeccionada no interior de uma mangueira transparente. Para melhorar a visualização colocamos a mangueira (20 cm de comprimento, 1 cm de diâmetro externo e 0,8cm de diâmetro interno) no interior de uma caixa de sapato pintada de cor escura, apenas 5 cm da mangueira ficava no lado exterior da mesma. Observamos o caminho da luz percorrendo o interior da mangueira através de um pequeno orifício na sua tampa.

A discussão que se segue é: se a luz se propaga na forma de ondas através de um meio, como a luz do Sol atravessa o espaço vazio? Alguns Físicos acreditaram na existência de um meio - o éter. É importante ressaltar que nesta época só se conheciam as ondas mecânicas, ondas que precisam de um meio para se propagarem. Enquanto alguns se dedicavam à procura do éter, outros estudavam o campo elétrico e o campo magnético como grandezas dissociadas. Para que os participantes compreendessem a natureza da luz, foi apresentado os fenômenos que relacionam o campo magnético e o campo elétrico. Mais uma vez utilizamos

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nossa lanterna para mostrar que a corrente elétrica produz um campo magnético, conforme observado por H. C. Oersted em 1820. Foi observado que o clipe apresenta um campo magnético depois que a lanterna é ligada. Ou seja, o campo magnético da corrente elétrica faz o clipe se comportar como um imã. Esta observação serviu-nos de estímulo para apresentar a lei da indução de M. Faraday em 1832 [FEYNMAN, Richard P; LIGHTON, Robert B.; SANDS Matthew 1997].

Esclarecemos aos participantes que Faraday descobriu um modo de 'criar' campo elétrico com propriedades diferentes do campo eletrostático oriundo da carga elétrica em repouso. A corrente elétrica de nossas residências são correntes induzidas e sua produção está diretamente associada à descoberta de Faraday. Um dínamo foi utilizado para mostrar a indução eletromagnética. Estendemos nossos conceitos apresentando o trabalho de Maxwell que previu a existência de ondas eletromagnéticas que poderiam viajar no espaço vazio, ou seja, no vácuo. Discutimos aspectos de simetria na natureza e falamos do trabalho de Hertz que, em 1888, comprovou experimentalmente a existência das ondas eletromagnéticas. Apresentamos o espectro de Maxwell também chamado de arco Iris de Maxwell. Definimos o significado das ondas de rádio, microondas, infravermelho, luz, ultravioleta, raios X, raios γ . Como aplicação, discutimos o cozimento de alimentos pelo forno microondas. O forno microondas utiliza uma onda eletromagnética de freqüência igual a 2.450 MHz. Calculamos a energia (E=hf onde h é uma constante, denominada constante de Planck cujo valor é de 6,6 x 10 -34 J.s). da onda utilizada pelo forno de microondas e relacionamos com a energia necessária para levantar a degenerescência da energia de rotação das moléculas de água. Relacionamos estes conceitos com a energia das ondas utilizadas pelos celulares. Uma polêmica foi levantada pelos próprios participantes da oficina: Qual seriam os efeitos que estas ondas podem trazer ao ser humano?

Aqui percebemos que muitos participantes dormiam com seus celulares embaixo do travesseiro, usando-os como despertadores.

## QUESTIONÁRIO APLICADO ANTES E DEPOIS DA OFICINA

QUESTIONÁRIO

Participante \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Data \_\_\_/\_\_\_\_/\_\_\_\_

- 1-Conceitue: Onda, matéria e energia.
- 2-Do ponto de vista das Ciências, o que é Luz? Quais os fenômenos podemos relacionar com a luz?
- 3- Do ponto de vista das Ciências, o que é som?
- 4-O que é um imã? Como ele 'funciona'?
- 5- Qual a principal diferença entre a corrente elétrica alternada e contínua? Como ambas são geradas?

## Considerações Finais

A análise das respostas as questões do questionário antes e posterior a execução da oficina mostrou que os conceitos de onda mecânica, onda

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eletromagnética, matéria e energia foram assimilados pela maioria dos participantes. A oficina teve a duração de 12 horas, tempo suficiente para a discussão de todo o tema apontado. Observamos a importância da promoção destes eventos para auxiliar os professores na contextualização de seus conhecimentos, abrangendo o conhecimento em torno das novas tecnologias.

## Agradecimentos

Agradecemos a secretaria de educação do Estado do Paraná pela iniciativa de realizar um evento que promove a capacitação do professor.

## Referências

EINSTEIN, Albert., INFELD, Leopold. A evolução da Física . Rio de Janeiro: Zahar, 2008.

NUSSENZVEIG, H. Moysés. Curso de Física Básica . Ótica, Relatividade e Física Quântica. São Paulo: Edgard Blücher, 1997.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert e WALKER, Jearl. Fundamentos de Física : Ótica e Física Moderna. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda, 1992.

SILVEIRA, F. L. ; AXT, R. . A atração entre as sombras . Física na Escola, v. 8 n.1, p. 17-21, 2007.

GARCIA, Nilson Marcos Dias, KALINOWSKI, Hypolito Jose. Cad. Cat. Ens. Fís ., vol. 11, n. 2, pág. 134-140, 1994.

FEYNMAN, Richard P.; LIGHTON, Robert B.; e SANDS Matthew. The Feynman Lectures on Physics Definitive Edition . California USA: Pearson Addison Wesley, 1997.

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