MICROSCÓPIO CASEIRO COM LASER E GOTA D’ÁGUA: RELATO DO USO DE UMA FERRAMENTA INTERDISCIPLINAR NO ENSINO DE FÍSICA

## MICROSCÓPIO CASEIRO COM LASER E GOTA D'ÁGUA: RELATO DO USO DE UMA FERRAMENTA INTERDISCIPLINAR NO ENSINO DE FÍSICA

Isaque Tenorio de Almeida 1 , Jefferson Luan Bezerra Silvestre 2 , Cícero Jailton de Morais Souza 3 , Thiago Vinicius Souza Souto 4 , Ibson José Maciel Leite 5

1,2,3,4,5 Instituto Federal de Pernambuco (IFPE) Campus Pesqueira/ Licenciatura em Física

1 Licenciando em Física, ita@discente.ifpe.edu.br

2 Licenciando em Física, jlbs2@discente.ifpe.edu.br

3 Professor de Física, cicero.souza@pesqueira.ifpe.edu.br

4 Professor de Física, thiago.souto@pesqueira.ifpe.edu.br

5 Técnico de Laboratório de Física, ibson.leite@pesqueira.ifpe.edu.br

Palavras-chave : Microscópio caseiro; Ensino médio; Óptica.

## RESUMO EXPANDIDO

O presente trabalho apresenta um relato de aplicação de um experimento de óptica utilizando um microscópio caseiro para observar algumas amostras de água e a partir disso, analisar e discutir os fenômenos ópticos que ocorrem na visualização dos corpos presentes nas amostras. Este experimento foi utilizado em uma aula ministrada por estudantes de Física, participantes do Programa Institucional de Bolsas e Iniciação à Docência (PIBID), em uma turma do Ensino Médio numa aula cujo principal tema era o fenômeno da difração.

Durante a realização da aula foram utilizadas algumas questões que serviram para orientar uma abordagem dialógica com os estudantes. Estas questões ajudaram a estimular a discussão e a reflexão dos alunos sobre o experimento de óptica e sua relação com a Física e a Biologia. Algumas das questões norteadoras utilizadas com este propósito foram: como o fenômeno da refração da luz influencia a formação das imagens dos objetos observados através da gota d'água? O que é difração da luz e como ela se manifesta no experimento quando a luz encontra obstáculos dentro da gota d'água? Como os princípios da física, como a refração e a difração, podem ajudar a compreender melhor as estruturas biológicas observadas? Como a difração da luz nos microrganismos vivos pode fornecer informações úteis sobre sua estrutura e composição?

Figura 01: Montagem do microscópio caseiro. Um feixe de luz verde de um laser passa por uma gota d'água na ponta de uma seringa.

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

O microscópio caseiro utilizado na aula foi feito com um laser posicionado em direção a uma gota d'água localizada na ponta de uma seringa. Após a luz do laser passar pela gota, ela sofre refração, de forma que as imagens de objetos dentro da gota podem ser ampliadas e projetadas em um anteparo. Dessa maneira, a gota funciona como uma espécie de lente, desviando a luz do laser e gerando um ampliação. A Figura 01 apresenta a montagem do experimento realizado.

A refração da luz é o fenômeno óptico que ocorre quando ela sofre uma alteração na sua velocidade em virtude da mudança do meio em que está se propagando e, consequentemente, também sofre um desvio na sua trajetória. No vácuo, a velocidade da luz possui seu valor máximo de aproximadamente 3,0 × 10 8 m/s , mas ao penetrar em diferentes meios, a sua velocidade é reduzida de acordo com as características do meio onde as ondas luminosas se propagam (HALLIDAY, RESNICK e WALKER, 2012). Além disso, outro fenômeno óptico possível de identificar nas imagens projetadas quando o feixe de luz laser atravessa a gota é a difração da luz. Quando a luz atravessa um obstáculo cujo tamanho é da mesma ordem de grandeza de seu comprimento de onda, ela também sofre desvios ao contornar o obstáculo. Nesse caso temos a formação de uma imagem que possui um padrão de difração: vários círculos concêntricos, claros e escuros, se o objeto for circular, como mostrado na Figura 02(a).

<!-- image -->

Figura 02: (a) Padrão de difração circular observado nas imagens projetadas; (b) A refração da luz gera uma projeção ampliada da forma dos microrganismos, que quando observados no anteparo, são visualizados invertidos na vertical.

<!-- image -->

A partir desses fenômenos podemos compreender melhor o que ocorre quando a luz do laser passa pela gota de água e o que acontece para que os objetos lá dentro sejam ampliados e visualizados. Quando o feixe de luz laser penetra na gota, ele sofre um primeiro desvio, como observado na Figura 02(b), pois ele muda de um meio (ar) para outro meio (água). Em seguida o mesmo feixe sai da gota d'água em direção ao ar, mudando de meio novamente e, portanto, sofrendo um novo desvio. A partir de então, a direção do feixe desviado é tal que, quando atinge o anteparo, a sombra do microrganismo projetada é muito maior que o próprio microrganismo e está invertida na vertical. É possível inclusive determinar o tamanho aproximado do microrganismo a partir das distâncias entre a gota e o anteparo, do tamanho da gota e do tamanho da sombra projetada. Planinsic (2001), por exemplo, mostrou que, para uma gota de 2 mm de diâmetro, uma distância entre a gota e o anteparo de 2 m e uma água com índice de refração 𝑛 = 1,33 , o aumento gerado pelo experimento era de 1000 vezes. Ou seja, um microrganismo cuja sombra medisse 10 cm, teria na verdade um tamanho de 100 μm .

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Em nossa aplicação buscamos observar alguns microrganismos presentes nas amostras que utilizamos no procedimento. As amostras de água utilizadas foram: duas amostras de diferentes barreiros e a saliva de um dos estudantes. Durante o experimento foi possível observar inúmeros microrganismos presentes nas amostras. Dentre estes pudemos identificar a presença de corpos muito pequenos, mostrados na Figura 03, que provavelmente são: células da mucosa da boca encontradas na amostra de saliva, pequenas algas, microcrustáceos e plânctons encontrados na amostra de água coletada nos barreiros.

A difração da luz nos microrganismos vivos pode fornecer informações valiosas sobre sua estrutura e composição. Ao analisar os padrões de difração resultantes, é possível inferir características morfológicas, tais como tamanho, forma e organização interna dos microrganismos observados. Esse conhecimento é fundamental para a identificação e classificação de diferentes espécies microbianas, bem como para o estudo de suas funções biológicas.

Figura 03: Alguns dos microrganismos observados.

<!-- image -->

Com essa aula, portanto, procuramos demonstrar a relação entre a Física e Biologia no contexto do uso de um microscópio caseiro para a observação de microrganismos vivos. Entender os princípios de refração e difração foram fundamentais para compreender o funcionamento do microscópio e como se deu a formação das imagens dos microrganismos e interpretar as estruturas biológicas observadas de maneira até mesmo estimar o tamanho das estruturas biológicas observadas. Buscamos também mostrar que é possível trabalhar conceitos de Física e Biologia de maneira interdisciplinar e dialógica, o que pode proporcionar uma abordagem mais abrangente e enriquecedora para a compreensão dos conceitos físicos pelos estudantes.

## Referências

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física, volume 4: Óptica e física moderna . 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012.

PLANINSIC, Gorazd. Water-drop projector. The physics teacher , v. 39, n. 2, p. 76-79, 2001.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_