UM ESTUDO DA LUZ: CONSTRUINDO COM MATERIAIS DE BAIXO CUSTO UMA ANTI-LUNETA POLARIZADORA E O SISTEMA SOLAR

## UM ESTUDO DA LUZ: CONSTRUINDO COM MATERIAIS DE BAIXO CUSTO UMA ANTI-LUNETA POLARIZADORA E O SISTEMA SOLAR

Marciléa Machado de Souza 1 , Emanuel Antonio de Freitas , José Luiz 2 Matheus do Valle 3

1 Universidade Federal de Juiz de Fora- Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais, Câmpus Juiz de Fora/marcijf2006@yahoo.com.br

2 Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais, Câmpus Juiz de Fora / Departamento de Física /emanuel.freitas@ifsudestemg.edu.br

3 Universidade Federal de Juiz de Fora/ Departamento de Física/jose.luiz.matheus@ice.ufjf.br

## Resumo

Nesse trabalho foi desenvolvido o estudo da luz abordando aspectos históricos no surgimento e desenvolvimento da Física, até nossas concepções atuais; apresentando a natureza da luz e sua propagação em meios refringentes e alguns aspectos da óptica geométrica, foi confeccionada uma anti-luneta polarizadora que foi aplicada em sala de aula, simulando a redução da intensidade da luz com o inverso da distância ao quadrado, usando lentes e lâminas polarizadoras sobrepostas em tubo de PVC, como também traçar uma visão que teria um observador ao ver o Sol em outros pontos do universo, de forma que, com isso, os alunos compreenderão a Física presente no mundo atual e em vários equipamentos e procedimentos tecnológicos. O intuito primário é o de que essa anti-luneta polarizadora seja utilizada pelo professor em sala de aula, reforçando a aprendizagem dos alunos e a compreensão da física envolvida no citado fenômeno óptico, que é vivenciado por eles no seu cotidiano, ou seja, destacando que este trabalho apresenta uma proposta de reprodução da anti-luneta polarizadora nas práticas didático-metodológicas, demonstrando que o uso de materiais simples pode ser uma alternativa criativa e instrutiva para o enriquecimento da aula e um facilitador para o estudo da luz.

Palavras-chave :Estudo da luz, atividades experimentais, sala de aula, lentes.

## Introdução:

O Ensino de Física no ensino médio ainda se caracteriza pelo excesso de atenção dada às aulas expositivas, por exercícios repetitivos, cuja abordagem privilegia o uso de fórmulas matemáticas em detrimento da compreensão de aspectos relacionados aos fenômenos envolvidos, ou seja, há uma nefasta lacuna a ser preenchida para uma devida associação entre o embasamento fundamental da necessária teoria e os experimentos práticos - instrutivos e instigantes. A práxis de vários anos nessa área/segmento de ensino, bem como a constante apreciação de relatos de outros educadores e de estudiosos dessa temática,comprova o baixo rendimento dos alunos nessa disciplina, motivando, a desenvolver um experimento envolvendo a luz e o Sistema Solar, explorando conceitos específicos dentro de cada área, a fim de interligá-los com a intensidade da luz quando vista de diferentes

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23 a 27 de janeiro de 2017

pontos no Sistema Solar, resultando na elaboração da anti-luneta. Com isso, trabalharam-se os seguintes conceitos específicos: os princípios da Óptica Geométrica, a decomposição das cores, a velocidade da luz, a formação das sombras, dispersão , a refração, a reflexão da luz, e o Sistema Solar.

Ao observar alguns livros didáticos quando abordam o Sistema Solar, como por exemplo Lucci e Lázaro (2012), nota-se que trazem um esquema figurativo simbolizando o Sol e os planetas fora de escala, sendo que o Sol e os planetas tendo o mesmo diâmetro e a mesma distância uns dos outros, criando uma compreensão equivocada e um entendimento falho sobre o assunto. Quanto às revoluções dos corpos celestes, nos seus deslocamentos/trajetórias orbitais, esses mesmos materiais persistem numa postura desinformativa, quando mostram os planetas alinhados de forma linear e contigua, sem a real ideia de movimento, induzindo à noção falaciosa a qual permite que os alunos imaginem que um planeta gira sempre um ao lado do outro.

Com o intento de se romper esse círculo vicioso e anticientífico, com a participação dos alunos, foi realizada uma atividade dinâmica representando a real dinâmica/dimensionamento (proporcional) do Sistema Solar.

## Atividade Experimental

As atividades experimentais podem ser realizadas com material de fácil acesso e de baixo custo e dentro da sala de aula, sem a necessidade de implantação de um local específico com material sofisticado.Estas atividades foram desenvolvidas com os alunos do 2º ano do Ensino Médio: Escola Estadual Antônio Macedo, em Ewbank da Câmara/ MG

Turma 01: 19 alunos presentes/ Turma 02: 17 alunos presentes. . Foi aplicado também um pré-teste e um pós-teste, para verificar o conhecimento prévio do aluno sobre a Luz, como se formam as fases da lua, eclipses e o arco-íris, e o pós-teste para verificar o aprendizado do aluno após o produto ter sido aplicado em sala de aula. Para desenvolver essa atividade foi necessário:

Para desenvolver essa atividade foi necessário:

- 1. Conhecer as distâncias médias dos planetas ao Sol;
- 2. Demonstrar como ocorrem os movimentos dos planetas ao redor do Sol;
- 3. Dividir a turma em 9 grupos e cada grupo responsável pela confecção de um planeta e do Sol, usando uma escala para o tamanho dos planetas;
- 4. Para que as distâncias ficassem próximas da realidade, adotou-se uma escala reduzida em cm, então para 10 milhões de km usou-se 1 cm na escala adotada;
- 5. Depois de todos os planetas prontos, e com a participação dos alunos foi feita a dinâmica;
- 6. Aplicação da anti-luneta Polarizadora.

Colocou-se o Sol no chão da sala de aula e, a partir dele, mediram-se as distâncias com a trena,e os planetas com seus respectivos nomes foram colocados nas devidas posições representado na figura 01, e com os planetas nas posições ,

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traçou-se uma trajetória com giz representando a órbita do planeta ao redor do Sol. Mesmo sabendo que não se trata de nenhuma novidade em termos de ferramenta didático-metodológica-pedagógica, seu uso é amplamente válido e recomendado (Canalle, 1994), conforme condições materiais disponibilizadas e o contexto no qual se insere, público alvo, propostas, ações e metas. Um aluno foi posicionado representando o Sol, outro representando a Terra, outro representando Júpiter e assim por diante. Sobre a trajetória de Mercúrio, Vênus e Marte não foi possível colocar alunos, pois ficaram muito próximos do aluno que representa o Sol; o que não permitiria a percepção do efeito orbital de distanciamento/posicionamento proposto.

Cada aluno fez uma sequência de passos para ilustrar o movimento do planeta que ele estava representando, no mesmo sentido dos planetas ao redor do Sol. Foi explicado que as velocidades dos planetas diminuem com o aumento da distância deles ao Sol. Assim o aluno que representa a Terra deve correr sobre a trajetória e o que esta sobre a trajetória de Saturno apenas caminha com passos lentos, e também que o tempo gasto pelo planeta para dar uma volta completa ao redor do Sol é o período de Translação, que representa o ano do planeta. Neste caso a Terra leva 365,25 dias para fazer esse movimento, já os planetas mais próximos do Sol levam menos tempo que a Terra e aqueles que estão mais distantes gastam mais tempo que a Terra. Depois de algumas voltas dos alunos, foi feito uma pausa para explicar que além do movimento de translação,os planetas giram ao redor de si mesmos combinando os movimentos e que esse movimento é o período de rotação, que para a Terra é de 24 horas e é esse movimento que da origem ao dia e a noite.

Figura 01: Montagem do Sistema Solar na escala adotada

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O aluno ficou posicionado no lugar do planeta Mercúrio, olhando com a antiluneta polarizadora para o Sol do Sistema Solar dentro da sala e repetiu esse processo para os outros planetas e, em seguida, os demais fizeram o mesmo. Nos planetas mais afastados os alunos de posse da anti luneta fizeram um pequeno giro com a segunda lente polarizada, que esta fixada no nípel ( peça ou conexão de instalações hidráulicas que tem a função de conectar duas peças) na sua regulagem; e puderam perceber que a intensidade da luz vai diminuindo a medida

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que se afasta do sol, representado na figura 02. O objetivo no uso das lentes ao reduzir a imagem da fonte luminosa, é buscar um resultado similar ao que seria obtido se o observador se afastasse da fonte.,ou seja , aplicando a Lei de Malus:

'Quando dois polarizadores estão com os eixos de transmissão fazendo um ângulo θ , a intensidade da luz transmitida pelo segundo polarizador fica reduzida por um fator igual a cos 2 θ , e este resultado é a lei de Malus. Se I0 for a intensidade da luz entre os dois polarizadores, a intensidade da luz transmitida pelo segundo polarizador é I = I0 cos 2 θ ' Paul Tipler (1995).

Figura 02: Aplicação da anti-luneta na Turma 02.

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Sobre a importância dos trabalhos experimentais no processo ensino aprendizagem Saraiva-Neves et al. (2006), destacam que o:

'Trabalho experimental é uma componente fundamental no ensino das ciências, reconhecido por modelos ou tendências de ensino mais representativos, apesar de estes lhe atribuírem ênfases e objetivos diferentes. Para o modelo construtivista, o trabalho experimental constitui um 'banco de provas' que permite aos alunos avaliar as suas idéias e os modelos científicos, favorecendo a aprendizagem'.

A aplicação de questionários como forma do aluno mostrar os seus conhecimentos prévios a respeito dos assuntos que se pretende abordar, pode ser importante para que novos conhecimentos adquiridos sejam incorporados aos já existentes. Nesse sentido, concordamos com Moreira que nos diz que:

'Sabemos que a aprendizagem significativa caracteriza-se pela interação cognitiva entre o novo conhecimento e o conhecimento prévio. Nesse processo, que é não-literal e não-arbitrário, o novo conhecimento adquire significados para o aprendiz e o conhecimento prévio fica mais rico, mais diferenciado, mais elaborado em termos de significados, e adquire mais estabilidade' . (Moreira e Masini, 2006)

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## Descrição

A anti-luneta polarizadora foi construída com duas lentes acopladas, produzindo um efeito que, de certa forma, é oposto ao da luneta. O interesse no uso das lentes é reduzir a imagem com que a fonte luminosa é observada, buscando o mesmo resultado que seria obtido se o observador se afastasse da fonte. Esse aspecto do experimento esta relacionado à formação de imagens. Quanto maior a distância, menor a imagem formada. No entanto, apenas o uso de lentes não permite a visão que se pretende passar para os alunos sobre um observador distante do Sol. Sabemos que a intensidade luminosa é inversamente proporcional ao quadrado da distância, (ou seja, I α 1/r 2 ). Para obter o efeito na redução da intensidade luminosa é preciso utilizar um par de lâminas polarizadoras. Estas lâminas ao girarem uma em relação a outra num intervalo de 0 &lt; θ &lt; 90 0 irão possibilitar o efeito desejado.

Esta montagem apresenta uma sugestão de como construir uma luneta astronômica utilizando apenas materiais facilmente disponíveis no comércio,mostrados no quadro 01, de baixo custo e de fácil montagem. No lugar da lente objetiva usa-se uma lente de óculos de 2 graus positivo e no lugar da lente ocular usa-se uma de 5,75 graus negativos. Os encaixes são feitos com tubos e conexões de PVC. A anti-luneta polarizadora será montada em duas partes, a primeira parte será feita a anti-luneta e na segunda parte o polarizador.

Quadro 01: Materiais Utilizados para construir a anti-luneta

Com a lista do material podemos montar a primeira e a segunda parte - A anti luneta

- 1. Acoplar os canos de 50mm e 40mm de diâmetro utilizando a fita adesiva com feltro em uma das extremidades de cada cano.
- 2. Na outra extremidade do cano de 50 mm colocar a lente convergente de 2 graus juntamente com a luva de 50 mm, fixá-la no cano que será a objetiva.
- 3. Na extremidade livre do cano de 40 mm colocar o redutor com a lente divergente de -5,75 graus , que será a ocular que resulta numa imagem real e direita. As duas lentes estão associadas coaxialmente de forma que o foco imagem real da objetiva coincide com o foco objetivo virtual da ocular. Com essa associação teremos a imagem final direita. Ao virar a luneta e olhar pela

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lente objetiva perceberá que a imagem ficará afastada, que será a nossa antiluneta.

## O Polarizador - Segunda parte

A associação das lentes polarizadas é feita de tal forma que uma é fixa enquanto a outra gira para que se possa controlar a intensidade da luz observada.

- 1. Colocar uma lente na luva de 50 mm e acoplar em uma das extremidades do cano de 8 cm de comprimento, que será acoplado ao nípel.
- 2. Na outra extremidade do nípel acoplar um redutor, que será fixado naluva de 50 mm juntamente com a lente polarizada.
- 3. Colocar um redutor para fixar a lente no cano.
- 4. Ao girar o nípel entre 0º e 90º a luminosidade diminuirá consideravelmente.
- 5. Acoplar as duas partes e a antiluneta esta pronta, conforme figura 04.

Figura 04: Anti-luneta Polarizadora

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## Resultados e discussão

Criar inteligência sobre qualquer área do conhecimento humano, assunto específico e/ou experimento (conceitual, prático), requer que haja, antes de tudo, ancoramento referencial/informativo solidificado, e que o mesmo pode vir a ser comprovado/testado por meio de pré-testes e pós-testes - orais, escritos - de modo que a análise desses dados disponibilizados permita uma análise criteriosa para que se dê o devido prosseguimento as ações em curso, ou então, quando detectadas falhas, inconsistências e problemas, que se façam as devidas correções e adaptações para que o objetivo de aprendizagem proposto seja passível de ser alcançado.

Como Moreira (2006) nos diz:

' subsunçor é o nome que se dá a um conhecimento específico, existente na estrutura de conhecimentos do indivíduo, que permite dar significado a um novo conhecimento que lhe é apresentado ou por ele descoberto'.

Durante o processo de análise dos dados coletados do pré-teste foi verificado que a grande maioria dos alunos não sabia o que era a Luz, ou então associava esta apenas a energia elétrica ou energia criada pelo homem.

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Esta situação, talvez, possa ser atribuída ao fato de que os alunos não tiveram um contato prévio com esta disciplina. Entretanto, mesmo sem demonstrar um entendimento claro sobre o que seria a Luz, a formação das fases da lua, da decomposição das cores, os eclipses e a formação do arco-íris ou o que esta disciplina estuda, muitos alunos conceituaram de forma satisfatória o que seria a luz, associando-a com a formação do arco-íris, eclipses, que pode ser verificado na fala dos alunos;

Aluno 1 'A Lua se encontra entre a Terra e o Sol' ou

Aluno 2 ' No eclipse Solar, a lua entra na frente do sol, como é dia a lua não deixa a luz do sol atravessar e então fica escuro. No eclipse lunar a Terra entra na frente do Sol e por isso não da para ver a Lua',

Aluno 1 'Quando o tempo esta úmido e com a presença do Sol que reflete as cores do arco iris'.

Aluno 2 ' Quando temos pequenas gotas de água no céu e a luz do Sol ilumina essas gotas é formado o arco-iris'

Concomitantemente a isso, verificou-se certa dificuldade na compreensão do conceito de Luz, onde foi preciso enfatizar, de forma mais incisiva, o conceito de formação de sombras, para criar nos alunos subsunçores que pudessem ser ancorados ao conhecimento já existente, possibilitando assim que estes pudessem obter novos conhecimentos. Após a anti-luneta ter sido utilizada, foi aplicado o pósteste onde, notou-se uma melhora progressiva dos educandos com relação aos conceitos abordados durante as aulas. Esta melhora significativa foi evidenciada a partir das aulas dinâmicas representadas pelos alunos utilizando o Sistema Solar e a anti-luneta e, ao realizar-se um comparativo entre o pré-teste e pós-teste aplicados foi possível verificar que os alunos apresentaram respostas ricas conceitualmente e bem estruturados, como na fala de alguns alunos:

Aluno 1 ' O arco-íris é formado pela refração e reflexão da luz nas gotas de água suspensas na atmosfera'

Aluno 2 'A intensidade da luz depende da distância do planeta ao Sol, quanto mais distante, menor a intensidade da luz pois ela demora mais pra chegar por causa da sua velocidade' 'Em cada planeta a luz chega com intensidade diferente, percebemos isso, olhando as lentes polarizadas que depende dos ângulos entre elas.'

Fato este que nos possibilita dizer que, em relação ao seu conhecimento prévio onde a presença teórica era deficitária, houve uma melhora e maior compreensão a partir da utilização da anti luneta construída. O principal objetivo alcançado foi a compreensão da luz como onda transversal que pode ser polarizada.

Essa sustentação conceitual, sobre a polarização da luz, referencia a experiência realizada e deixa patente que teoria e prática podem ser equilibradas por ações de fixação de saberes - práticos e teóricos - sem a necessidade de grandes investimentos ou equipamentos de alto custo. Lógica e racionalidade devem ser construídas como ações cotidianas.

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e sobre o arco-íris

## Conclusão

Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível verificar a importância de se trabalhar de forma significativa ao aluno, uma vez que, ao fazer isso, demonstramos que os conceitos estudados na escola estão diretamente vinculados ao seu cotidiano e que, portanto, são conhecimentos que este educando poderá utilizar durante o restante de sua trajetória estudantil. Logo, este tipo de aprendizagem, suscita, na maioria das vezes, um prazer em querer aprender, em querer buscar o aprendizado, sendo, portanto preconizado o aluno como o sujeito que irá construir o seu aprendizado.

## Agradecimentos

Agradecemos a CAPES e a FAPEMIG pelas bolsas e recursos que viabilizaram o desenvolvimento deste trabalho.

## Referências

CANALE, Caderno Catarinense de Ensino de Física, vol 11, nº 1 ,1994.

LUCCI, E.A; LÁZARO, A.B; Geografia Homem e Espaço . Editora Saraiva, vol 6, 24ª ed, 2012.

MOREIRA, Marco Antonio. A teoria da aprendizagem significativa e sua implementação em sala de aula .Brasília: Editora Universidade de Brasília, 2006, 186 p; 19.

NOGUEIRA, Salvador. CANALLE, JOÃO Batista Garcia. Astronomia . Brasília Coleção Explorando o Ensino, 2009.

SARAIVA-NEVES, M.; CABALLERO, C.; MOREIRA, M. A. Repensando o papel do trabalho experimental, na aprendizagem da Física - um estudo exploratório. Investigações em Ensino de Ciências - V11(3), 2006

TIPLER, Paul. Física para cientistas e engenheiros. Rio de Janeiro:LTC, Ótica e Física Moderna, vol. 4, 3ª ed., 1995.

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