DESENVOLVENDO A CONTEXTUALIZAÇÃO DE CONCEITOS DE ONDULATÓRIA E EFEITO DOPPLER ATRAVÉS DE SISTEMAS DE ESTRELAS BINÁRIAS

## DESENVOLVENDO A CONTEXTUALIZAÇÃO DE CONCEITOS DE ONDULATÓRIA E EFEITO DOPPLER ATRAVÉS DE SISTEMAS DE ESTRELAS BINÁRIAS

## Mayra Meirelles Marques 1 , Bruno Leonardo do Nascimento Dias 2 , Aline Godinho Bruck³

- 1 Universidade Federal Do Rio de Janeiro/Instituto de Física, may.mmarques@gmail.com
- 2 Universidade Federal de Juiz de Fora/Departamento de Física, bruno.astrobio@gmail.com
- ³ Instituto Federal do Rio de Janeiro/Departamento de Física, alinebruckveg@outlook.com

Palavras-chave : Estrelas Binárias; Ensino de Física; Divulgação Científica

## Resumo expandido

De acordo com o conteúdo de Física do ensino médio sugerido pelos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (PCNEM, 2000), a contextualização e interdisciplinaridade no ensino são imprescindíveis para uma compreensão do mundo da Física como um todo. O intuito desta filosofia metodológica é desenvolver nos estudantes as diversas competências e habilidades necessárias para o desenvolvimento de um cidadão crítico e reflexivo (Freire, 2011).

Neste sentido, a astronomia é um tema que poderia ser uma ferramenta de ensino interdisciplinar, pois segundo Borragini et al (2013) sempre desperta interesse e curiosidade em diversos níveis de ensino. No entanto, mesmo sendo reconhecido o valor epistemológico, cultural e ontológico de se ensinar Astronomia (Gama e Henrique, 2010), o ensino de Física através da Astronomia ainda não ocorre de forma satisfatória e abrangente.

Inúmeros fatores podem influenciar no êxito dos processos de ensino e aprendizagem. Porém, conforme Borragini et al (2013), é indiscutível a relevância da formação inicial docente, tal como formação continuada dos professores para a qualidade do trabalho realizado em sala de aula. Por isso, os temas 'ensino e aprendizagem' e 'formação continuada' são amplamente investigados em diferentes áreas do conhecimento, vindo a constituir campos autônomos de estudos (André, 2010). Assim, o presente trabalho tem como objetivo apresentar uma proposta de ensino de conceitos de Física através da contextualização da Astronomia, mais especificamente por meio do uso de sistemas de estrelas binárias.

Um sistema binário é definido como um par de estrelas que giram em torno de um mesmo centro de massa (Turcati e Penteado, 2004), conforme exemplificado na Figura 01. Muitos dos pontos luminosos que observamos no céu noturno são na verdade um sistema binário de estrelas. A pequena separação angular faz com que seja difícil a olho nu separar as componentes de um sistema binário. Grande parte dos alunos sequer sabem da possibilidade de existência de sistemas múltiplos de estrelas, o que torna o assunto ainda mais interessante. Algumas dessas estrelas

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19 a 30 de julho de 2021 - Online

binárias se encontram tão próximas que apenas com medidas astrométricas ou espectroscópicas é possível detectá-las.

Figura 01 Esquema de um Sistema Binário fonte: http://www.if.ufrgs.br/oei/stars/binary\_st/binaries.htm

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As estrelas binárias espectroscópicas são aquelas em que a binaridade é detectada a partir da variação da velocidade radial das estrelas utilizando o efeito Doppler (Mello, 2014). Conceitos de Física ondulatória, como o efeito Doppler são fenômenos base dos estudos de sistemas de estrelas binárias (Figura 02), e que estão presentes nos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio.

Figura 02 - O Efeito Doppler nas Binárias espectroscópicas Fonte: http://www.if.ufrgs.br/oei/cgu/doppler.htm

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Desse modo, serão apresentados alguns exemplos de como os sistemas de estrelas binárias podem ser utilizadas como ferramenta para a contextualização de conceitos físicos. Essa abordagem vai totalmente de encontro com a filosofia de contextualização e interdisciplinaridade para o desenvolvimento das diversas competências e habilidades que o estudante deveria obter durante o ensino médio.

O efeito Doppler é descrito como 'uma mudança da frequência detectada em relação à frequência emitida por uma fonte por causa do movimento relativo entre a

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fonte e o detector' (Halliday, 2018, p. 172). No caso da luz, através da relação entre comprimento de onda λ e frequência 𝑓

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onde 𝑣 , a velocidade da onda, é a velocidade da luz no vácuo 𝑐 = 340 𝑚/𝑠 é possível trabalhar o efeito Doppler em função do comprimento de onda λ.

Assim, é possível trabalhar conceitos básicos de física ondulatória, como a Equação Fundamental das Ondas, utilizando a luz como exemplo. Quando se é trabalhado Ondas no Ensino Médio o foco é em ondas mecânicas como o Som, negligenciando nesta etapa do currículo ondas eletromagnéticas. Trabalhar a luz como uma onda não é o usual nesta etapa da educação básica. Tornando o uso dos exemplos citados ainda mais interessante.

Quando é trabalhado Efeito Doppler em sala de aula o exemplo mais comum é o da sirene em uma ambulância que se aproxima e se afasta do observador. Não somente no ensino médio, mas também na graduação essa é, muitas das vezes, a única contextualização. A décima edição do Halliday ao explicar efeito Doppler utiliza o exemplo de uma viatura com uma sirene ligada. Apesar de ser uma contextualização que envolve um fato de fácil vivência é insuficiente quando o assunto é despertar o interesse do estudante. A contextualização com estrelas binárias demonstra uma aplicação prática e útil de conceitos físicos na astronomia, área do conhecimento que tanto aguça o interesse humano.

A observação de estrelas binárias espectroscópicas requer equipamentos sofisticados que dificilmente serão levados à escola. Uma alternativa para trabalhar em sala de aula as estrelas binárias é que o professor leve à sala de aula artigos científicos, utilizando dos dados, tabelas e imagens contidas nele para trabalhar de forma conjunta a linguagem científica e o conteúdo programado. O contato com artigos científicos poderá estimular ainda mais o interesse dos alunos.

Como mostrado, apenas com um tipo específico de estrelas binárias é possível desenvolver diversos dos conceitos propostos nos PCNEM para a disciplina de física. Trabalhando com outras estrelas como as binárias astrométricas ou as binárias eclipsantes outros conceitos como oscilações, luz e sombras e óptica geométrica.

A contextualização com temas ligados à astronomia vem sendo apontada como um fator que aguça o interesse dos estudantes. Dentro dos possíveis temas estrelas binárias mostram-se como uma alternativa interessante pois ainda é uma área em que há pouca divulgação das pesquisas que atinjam de fato o grande público, apesar de haver cada vez mais pesquisas na área. Assim, sendo uma das áreas que vem sendo bastante pesquisadas (Abushattal, 2019; Howell, 2021; Lipartito, 2021) , com muitos cientistas a estudando, levá-la para dentro de sala de aula é compartilhar o processo científico com os alunos. Além disso, como apontado anteriormente, devido ao fato de os estudos de estrelas binárias usarem como base conceitos físicos que já são propostos no currículo do Ensino Médio, há a facilidade de contextualização.

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## Referências

ABUSHATTAL, A. A. et al. Extrasolar Planets in Binary Systems (Statistical Analysis). In: Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2019. p. 012018.

ANDRÉ, M. Formação de professores: a constituição de um campo de estudos. Educação, Porto Alegre, v. 33, n. 3, pp.174-181, set./dez. 2010

BORRAGINI, Eliana Fernandes et al. Prática docente em Astronomia: investigando a dimensão dos conteúdos. 2013

BRASIL, Ministério da Educação, Secretaria da Educação Média e Tecnológica. Parâmetros curriculares Nacionais: ensino médio. Brasília: Ministério da Educação, 2000.

FREIRE, Paulo. Pedagogia do oprimido. Rio de Janeiro: Editora Paz e Terra, p. 95101, 2011.

HALLIDAY, David. Fundamentos de física , Volume 2: Gravitação, ondas e termodinâmica - 10 ed. - Rio de Janeiro: LTC, 2018.

HOWELL, Steve B. et al. Speckle Observations of TESS Exoplanet Host Stars: Understanding the Binary Exoplanet Host Star Orbital Period Distribution. The Astronomical Journal, v. 161, n. 4, p. 164, 2021.

LIPARTITO, Isabel Alexandra. Detection and Characterization of Exoplanet and Binary Star Systems through Direct Imaging and Spectroscopy. 2021. Tese de Doutorado. University of California, Santa Barbara.

MELLO, Daniel RC. Aprendendo física com as estrelas binárias. Revista Brasileira de Ensino de Física , 2014, 36.3: 1-9.

TURCATI, Rodrigo; PENTEADO, Eduardo Monfardini. Binárias espectroscópicas e a função inicial de massa em estrelas. Salão de Iniciação Científica (16.: 2004: Porto Alegre). Livro de resumos. Porto Alegre: UFRGS, 2004., 2004.

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