PROPOSTA DE UM MODELO TRIDIMENSIONAL PARA O TEMA INSOLAÇÃO SOLAR

## PROPOSTA DE UM MODELO TRIDIMENSIONAL PARA O TEMA INSOLAÇÃO SOLAR

## Mônica Sayuri Kitagawa 1

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C. E. Euclydes da Cunha, monica\_astro@yahoo.com.br 1 C. E. Presidente Bernardes

## Resumo

Neste trabalho mostraremos as etapas de construção de um modelo tridimensional de dois elementos astronômicos, o planeta Terra e o Sol, destacando as posições dos solstícios que marcam o início de duas estações do ano, o inverno e o verão. Este modelo será bastante útil no auxílio da explicação das diferenças das insolações entre os hemisférios norte e sul em um determinado momento, além de complementar a explicação sobre as estações do ano em nosso planeta, pois muitos estudos mostraram que este assunto é palco de muitos erros conceituais. Um exemplo disto é considerar a distância entre a Terra e o Sol como fator determinante para a existência do verão e inverno para o nosso planeta, mas muitos não são capazes de perceber que essas duas estações são coexistentes em uma mesma época do ano em hemisférios diferentes. O professor poderá levar aos seus alunos uma discussão sobre a diferença na insolação no nosso planeta em uma mesma época do ano, e com o auxílio do modelo tridimensional, terá ferramentas que ajudarão nas explicações.

Palavras-chave : insolação solar; irradiação; estações do ano

## Introdução

As estações do ano é um dos assuntos em que tanto alunos quanto professores possuem concepções alternativas, segundo diversas pesquisas (Langhi, 2004). A explicação mais encontrada sobre as causas das estações do ano é a aproximação e o afastamento da Terra em relação ao Sol. Além disso, conforme os estudos citados por Langhi (2004), muitos livros didáticos possuem 1 esquemas e desenhos em que a órbita da Terra parece ser extremamente elíptica, ratificando as concepções alternativas existentes.

Os trabalhos de Leite e Hosoume (2007, 2009) mostram que os esquemas desenhados no quadro negro e as ilustrações contidas nos livros didáticos não são suficientes para dar uma visão tridimensional dos elementos de astronomia,

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BIZZO, N. Et al. Graves erros de conceito em livros didáticos de ciências. Ciência Hoje, 121 (21):

sendo necessária a visão espacial, em termos de profundidade, tamanhos ou distâncias relativos.

Esse tema está em evidência nos Parâmetros Curriculares Nacionais e no currículo mínimo do 1û do ensino médio do Estado do Rio de Janeiro.

Muitos esquemas errôneos divulgados em livros escolares atribuem a existência das diferentes estações do ano à variação das distâncias entre a Terra e o Sol. Essa variação das distâncias é pouco significativa, o que invalida essa explicação. O que explica as estações do ano alternadas nos dois hemisférios é o fato de a Terra ter seu eixo inclinado em relação à sua trajetória em torno do Sol. Assim, quando o Trópico de Câncer recebe os raios de Sol mais perpendicularmente e o Trópico de Capricórnio mais inclinadamente, é verão no hemisfério Norte e inverno no hemisfério Sul. Após seis meses, a situação se inverte, e as estações também. Nas situações intermediárias, o Equador recebe a luz do Sol perpendicularmente e os dois trópicos, mais inclinadamente. São as estações de primavera e outono, também invertidas nos dois hemisférios pelo esquentamento e resfriamento da atmosfera em relação ao inverno e verão respectivos. (Brasil, 1998)

Reconhecer as relações entre os movimentos da Terra, da Lua e do Sol para a descrição de fenômenos astronômicos (duração do dia/noite, estações do ano, fases da Lua, eclipses, marés etc). (Rio de Janeiro, 2012)

Neste trabalho, propomos a construção de um modelo tridimensional para auxiliar o entendimento sobre a insolação solar, dada a importância da visão espacial mencionada por Leite e Hosoume (2007, 2009). Além de estarmos dando continuidade ao trabalho feito por Kitagawa (2012) sobre as estações do ano.

## Construção do Modelo

No trabalho de Kitagawa (2012), foi construído um modelo tridimensional da órbita da Terra (figuras 1 e 2), em que mostra as quatro estações do ano para cada hemisfério. A cor vermelha representa o verão; o azul é inverno; verde, primavera; e amarelo é outono. Nas figuras 1 e 2, percebemos que a região em vermelho possui uma área maior do que a região em azul, indicando a iluminação nos dois hemisférios.

Figura 1: A representação da órbita terrestre nos equinócios e solstícios em visão frontal (Kitagawa, 2012)

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Figura 2: A representação da fig. 1 em visão inclinada. (Kitagawa, 2012)

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Em nosso trabalho, o modelo construído irá detalhar a representação nos solstícios, visualizando os raios solares que incidem na superfície da Terra. O modelo foi construído com materiais de baixo custo, facilmente encontrados em papelarias, e é de simples construção.

## Materiais

Garrafa pet incolor

Globo terrestre

1 bola de isopor (maior que o globo terrestre), com as metades encaixáveis

Tinta amarela (para pintar a bola de isopor)

Caneta de retroprojetor

Um palito de churrasco

## Montagem

Com o auxílio de uma tesoura, cortamos a parte do meio da garrafa pet, descartando a base e a tampa e deixando-a com o formato retangular. Em seguida desenhamos dois semicírculos com os diâmetros da bola de isopor e do globo terrestre conforme a figura 3. Cortamos o excesso do plástico de acordo com a figura 4:

Figura 3: A garrafa pet foi cortada no formato retangular, retirando a base e a tampa. Dois semicírculos com o diâmetro do globo e da esfera foram desenhados com a caneta retroprojetor.

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Figura 4: A garrafa foi recortada acompanhando o contorno dos semicírculos.

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Várias linhas paralelas foram traçadas com a caneta de retroprojetor ligando um semicírculo ao outro (figura 5). Observa-se que a distância entre as linhas é uniforme.

Figura 5 : Com o auxílio de uma régua e da caneta, foram feitos vários segmentos de retas ligando um semicírculo ao outro. Essas linhas irão representar os raios solares.

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A bola de isopor foi pintada de amarelo para representar o Sol, tendo como suporte um palito de churrasco. A montagem dos elementos pode ser observada na figura 6 em que o plástico da figura 5, que representa os raios solares, foi encaixado na bola de isopor. Por fim o globo terrestre foi encaixado no seu semicírculo correspondente.

Deve ser observado que o tamanho e a distância deste modelo não estão em escala.

Figura 6: Representação do verão no hemisfério sul.

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Figura 7: Representação do inverno no hemisfério sul.

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O nosso interesse é com relação ao verão e o inverno, portanto o globo terrestre foi colocado nas posições das figuras 6 e 7 a fim de destacar essas duas estações. Para perceber quão iluminado estão os hemisférios norte e sul, contamos os raios que atingem os hemisférios nas posições das figuras 6 e 7. Abaixo temos essas figuras ampliadas:

Figura 8

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Figura 9

Podemos perceber nas figuras 8 e 9 que o número de raios é diferente para cada hemisfério. Na figura 8, o número de raios contados da Linha do Equador até o polo sul é superior do equador ao polo norte, portanto é verão no hemisfério sul e inverno no hemisfério norte. Na figura 9 é o contrário, onde o número de raios contados da Linha do Equador ao polo Norte é maior, portanto é verão no hemisfério norte.

A insolação solar é definida pela quantidade de energia solar que atinge uma unidade de área na Terra (Oliveira e Saraiva, 2000), podemos verificar a variação dos ângulos entre a superfície da Terra e o raio do Sol para cada latitude. Quanto mais próximo de 90° estiver, maior será a insolação naquela região, já que o raio solar atinge uma região menor.

## Conclusão

A utilização do modelo tridimensional ajudará o professor a trabalhar os conceitos sobre insolação e estações do ano de forma qualitativa e diferenciada, pois esse assunto trata de elementos não palpáveis, como o Sol e o grande diâmetro da Terra.

Futuramente pretendemos aplicar esse modelo nas escolas a fim de se obter dados para pesquisas.

## Referências

BRASIL. Secretaria de Educação Fundamental. Parâmetros curriculares nacionais: Ciências Naturais / Secretaria de Educação Fundamental. - Brasília: MEC / SEF, 1998.

KITAGAWA, M. S. Um molde tridimensional das estações do ano. II Simpósio Nacional de Educação em Astronomia: Caderno de resumos e programação. Org. LEITE, C.; BRETONES, P. S. São Paulo: Instituto de Física, USP, 2012.

LANGHI, R. Um estudo exploratório para a inserção da Astronomia na formação de professores dos anos iniciais do ensino fundamental. Dissertação de mestrado, Faculdade de Ciências, UNESP, 2004.

LEITE, C.; HOSOUME, Y. Explorando a dimensão espacial na pesquisa em ensino de astronomia . Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias Vol.8 Nº3 (2009)

LEITE, C.; HOSOUME, Y. Os professores de Ciências e suas formas de pensar a astronomia. Revista Latino-Americana de Educação em Astronomia-RELEA, 2007.

RIO DE JANEIRO. Secretaria de Estado de Educação. Currículo Mínimo Física . Org. REIS, J. C. O. Rio de Janeiro, 2012.

OLIVEIRA FILHO, K. S.; SARAIVA, M. F. O. Astronomia e Astrofísica . Editora da Universidade, 2000.