UNIVERSIDADE DE SO PAULO - USPFACULDADE DE EDUCAO

DISCIPLINA: METODOLOGIA DO ENSINO DE FSICA I EDM 0425PROFESSOR MAURCIO PIETROCOLA

FSICA DAS ILUSES TICAS

Licenciatura em FsicaPerodo Tarde 1 semestre/2004

Denison Francisco de Oliveira n USP: 3296862Rodrigo Henrique da Silva n USP: 3681312

Suelene Silva Mammana n USP: 1758884

Tpico

Fsica das iluses ticas

Apresentao

Muitos fenmenos que acontecem no nosso dia-a-dia enganam nossa mente, fazendo com que imagens que nossos olhos captam no correspondam a realidade. Quando viajamos num dia quente, por exemplo, percebemos que a estrada parece estar encharcada, quando na verdade o que ocorre um fenmeno fsico de refrao da luz, que nosso crebro codifica como sendo uma camada aquosa sobre o asfalto. Sendo assim, de grande interesse para os alunos de ensino mdio estudar os fenmenos fsicos da luz que envolve a formao de imagem em nosso crebro.

Justificativa do Tpico

O mdulo foi construdo de forma que os conceitos fsicos possam ser abordados ludicamente, utilizando figuras que divertem e confundem a nossa mente.

Objetivos gerais

Construir os conceitos bsicos de tica para compreender o processo de formao de imagem pelo olho humano, bem como a interpretao do nosso crebro.

Pblico Alvo

Alunos do Ensino Mdio

Contedo Fsico

Natureza da LuzFormao de CoresRefraoOlho Humano (questes Fsicas)

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ndice

Descrio Pgina

i Apresentao do mdulo 02

ii ndice 03

iii - Quadro sntese do mdulo 04

iv Aula I: Enganando os seus olhos 07

v Aula II: O que luz? 12

vi Aula III: Refrao da luz 17

vii Aula IV e V: Formao de cores e disco de Newton 23 e 24

viii Aula VI: Funcionamento do olho humano 28

ix Aula VII: Explicando os seus olhos 35

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Quadro sinttico

Aula I

Descrio Durao

Apresentao do curso: o que ir se aprender, porque se aprender, como ser ensinado etc.

10 min

Apresentao e discusso das iluses de tica. 20 min

Misturas das cores primrias para a formao de cores secundrias. 15 min

Discusso final sobre aula. 5 min

Aula II

Descrio Durao

O professor levanta uma questo acerca da natureza da luz para avaliar as concepes alternativas dos alunos

10 min

Distribuio e leitura do texto da aula 2 que cita trechos da obra ptica de Isaac Newton e trechos que citam a experincia batizada como mancha brilhante de Fresnel.

10 min

Discusso do texto mostrando que os dois cientistas defendiam idias diferentes sobre a natureza da luz (corpuscular e ondulatria) e mostrar o porqu o modelo ondulatrio foi considerado como melhor que o modelo corpuscular no sculo XIX e dar uma breve apresentao do cenrio do sculo XX onde a luz vista sob a dualidade onda-partcula.

30 min

Aula III

Descrio Durao

Apresentao de figuras com exemplos de refrao da luz e identificao das concepes que os alunos tm sobre os exemplos apresentados

15 min

Realizao de experimentos com lentes e computadores seguida de discusso dos resultados obtidos

20 min

Construo da teoria da refrao da luz e estudo de casos especiais 15 min

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Aula IV

Descrio Durao

O professor levanta uma discusso onde o foco est no porqu h diferentes cores de luz e se possvel misturar essas cores.

10 min

O professor distribui material didtico e roteiro para realizao do experimento de decomposio de luz com um prisma.

20 min

O professor explica o processo de formao dos diferentes espectros obtidos no experimento.

20 min

Aula V

Descrio Durao

O professor faz uma breve reviso da aula anterior. A partir disso o professor levanta uma discusso se possvel formar um raio de luz branco atravs da composio de diversas cores

15 min

O professor prope um experimento que ser realizado em grupo pelos alunos. Distribuio do roteiro e do material para confeco do Disco de Newton. O professor soluciona possveis dvidas durante a execuo do experimento

30 min

Comentrios e consideraes finais. 05 min

Aula VI

Descrio Durao

Leitura do texto explicativo sobre as funes das partes do olho humano e identificao das concepes que os alunos tm sobre o processo de formao da imagem no olho e no crebro

15 min

Discusso sobre o processo de formao da imagem no olho e no crebro 15 min

Realizao de experimentos com lentes convergentes, divergentes e cilndricas e discusso sobre os defeitos da viso

20 min

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Aula VII

Descrio Durao

Reapresentar as iluses da primeira aula e discutir suas causas.

25 min

Confeco de culos 3D para a visualizao de iluses de profundidade.

10 min

Apresentao e discusso de mais algumas iluses no mostradas anteriormente.

10 min

Discusso final sobre aula.

5 min

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Aula I

Tema

Enganando seus olhos

Objetivo

Apresentar de forma ldica, divertida e instigante uma introduo aos contedos de tica utilizando iluses.

Materiais Necessrios

Retro Projetor, Projetor Multimdia ou Apostila para os AlunosTrs Lanternas e Papel Celofane

Recursos Instrucionais

ApresentaoDiscussesCompetio entre os alunos

Motivao

Apresentar ao aluno os primeiros efeitos de iluso de tica

Momentos

Descrio Durao

Apresentao do curso: o que ir se aprender, porque se aprender, como ser ensinado etc.

10 min

Apresentao e discusso das iluses de tica. 20 min

Misturas das cores primrias para a formao de cores secundrias. 15 min

Discusso final sobre aula. 5 min

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Descrio da Aula I

Num primeiro momento o educador apresenta o curso para os alunos. O que ser estudado, qual a importncia, como ser estudado so questes importantes a serem discutidas com os alunos.

Aps a apresentao do curso para os alunos, o educador apresenta as iluses de tica para os alunos e as discute. Criar um clima de competio entre eles seria importante para aumentar a participao. Ex.: Vamos ver que acerta qual a iluso nessa figura.

Vrias figuras e as perguntas que sero feitas para os alunos esto em anexo.

Lembrando que se evitar ao mximo as explicaes de cada iluso. Isso ser feito na ltima aula.

Aps essa etapa, ser feito experincias com os alunos sobre cores primrias e cores secundrias. A experincia que ser feita consiste em usar duas lanternas e papis celofane nas cores azul, amarelo e vermelho. Tapando uma das lanternas com o papel celofane de cor azul e a outra lanterna com o papel celofane de cor amarela, por exemplo, se projeta a luz das duas lanternas em uma parede branca formando a cor verde. Assim se far com as outras cores.

Ao final da aula, haver uma breve discusso sobre o que foi visto na aula.

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1 - O que h de errado com esta figura? 2 - Ser que voc consegue construir uma coisa assim?

3- As retas horizontais so paralelas? 4- O que voc v?

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7- Crculos ou espriais? 8- qual a iluso?

9- Os dois quadrados so da esma cor? 10- Qual dos dois crculos centrais maior?

11- Qual das linhas vermelhas maior? 12- As linhas pretas so retas?

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13 O que voc v? 14 Como fazer para vermos a bandeira nas cores corretas?

15 Clice? 16 Tudo est girando...

17 O homem, a mulher e o velho! 18 diga rpido. Diga as cores e no as palavras.

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Aula II

Tema

O que luz ?

Objetivo

Contextualizao histrica do desenvolvimento do conhecimento acerca da natureza da luz (teoria ondulatria e corpuscular).

Motivao

O aluno tem a oportunidade de aprender como os cientistas chegaram s concepes da natureza da luz e quais hipteses e evidncias que estes se utilizaram para formular suas teorias.

Contedo Fsico Enfocado

Natureza corpuscular e ondulatria da luz.

Recursos Instrucionais a Serem Utilizados

Textos histricos.

Momentos da Aula

Descrio Durao

O professor levanta uma questo acerca da natureza da luz para avaliar as concepes alternativas dos alunos

10 min

Distribuio e leitura do texto da aula 2 que cita trechos da obra ptica de Isaac Newton e trechos que citam a experincia batizada como mancha brilhante de Fresnel.

10 min

Discusso do texto mostrando que os dois cientistas defendiam idias diferentes sobre a natureza da luz (corpuscular e ondulatria) e mostrar o porqu o modelo ondulatrio foi considerado como melhor que o modelo corpuscular no sculo XIX e dar uma breve apresentao do cenrio do sculo XX onde a luz vista sob a dualidade onda-partcula.

30 min

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Comentrios Finais

Com esta aula pretendemos dar uma breve explicao de como as concepes acerca da natureza da luz se desenvolveram no decorrer dos sculos XVIII, XIX e incio do sculo XX.

Ao final desta aula esperamos que os alunos sejam capazes de argumentar a respeito da natureza dual da luz.

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Descrio da Aula II

Introduo

Esta aula procura desenvolver a noo da natureza da luz, passando pelo modelo corpuscular, ondulatrio e chegando dualidade onda-partcula.

A importncia de se conhecer a natureza da luz nos ajuda a entender melhor os processos relacionados luz que esto to presentes no nosso dia a dia, como por exemplo, o fato de existir diferentes tipos de lmpadas, o forno de microondas os rdios e televisores.

Atividade 1 Um pouco de Histria

Esta primeira atividade prope que os alunos leiam um texto, com trechos de textos histricos, onde fica clara a viso que alguns cientistas tinham.

Como sabemos no sculo XVIII o modelo dominante para explicar a luz era modelo corpuscular, que foi desenvolvido por Newton. Devido ao prestgio que Newton tinha alcanado com o sucesso do Principia, sua teoria corpuscular para explicar a luz foi muito bem aceita. Porm, no comeo do sculo XIX, com os experimentos de Thomas Young e Augustin Fresnel essa viso comea a mudar, fazendo com que os cientistas passem a considerar a teoria ondulatria da luz melhor, pois essa teoria apresenta uma explicao mais clara dos fenmenos.

O professor distribui o texto aos alunos e l, em voz alta, fazendo comentrios acerca do texto.

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Material Didtico do Aluno Aula II

Trechos de Textos Histricos

Todos os corpos fixos no emitem luz e brilham quando so aquecidos alm de um certo grau? E essa emisso no efetuada pelos movimentos vibratrios de suas partes?...*

No o fogo um corpo aquecido a tal ponto que emite luz em abundncia? Pois o que o ferro incandescente seno fogo? E o que brasa seno madeira incandescente?*

No a chama um vapor, uma fumaa ou uma exalao aquecidos at a incandescncia, isto , que ficam to quentes que brilham?...*

Os raios de luz no so corpos minsculos emitidos pelas substncias que brilham?...*

Das questes acima fica evidente, para seus contemporneos e para os outros cientistas posteriores, que Newton defendia a teoria corpuscular da luz... Durante o sculo XVIII o modelo corpuscular ou balstico da luz foi o dominante... Nas duas primeiras dcadas do sculo XIX a situao mudou radicalmente com o advento dos trabalhos de Young e Fresnel, que introduziram os conceitos de interferncia de ondas e de que a luz constituda por vibraes transversais direo de propagao...1

Uma fonte para a crena num modelo corpuscular da luz foi a invarincia das propriedades da luz, em especial a permanncia da cor.1

Em 1802 Thomas Young publica um trabalho no qual explica os fenmenos de difrao e interferncia a partir de uma teoria ondulatria da luz.

A lei que onde quer que duas pores da mesma luz chegem ao olho por diferentes caminhos, provindas exatamente ou quase, da mesma direo, a luz fica mais intensa quando a diferena dos caminhos um mltiplo de um certo comprimento, e menos intensa no estado intermedirio entre as pores que interferem; e este comprimento diferente para luz de diferentes cores (Young, 1802)2

Entre os anos de 1815 e 1819 Augustin J. Fresnel trabalhou no desenvolvimento da teoria ondulatria da luz. Ele props que a luz era uma seqncia de pulsos igualmente espaados num meio (o ter).

No ano de 1819 a Acadmie de Sciences da Frana promoveu um concurso que daria um prmio para quem conseguisse explicar o fenmeno da difrao. A maioria dos membros da comisso julgadora era constituda por cientistas que defendiam o modelo corpuscular da luz, dentre eles estava Poisson, um reconhecido fsico-matemtico da poca. Durante o julgamento, Poisson percebeu que, segundo a teoria de Fresnel, no centro da sombra de um pequeno disco difrator deveria haver um ponto luminoso, o que parecia improvvel. Um experimento foi logo realizado e Fresnel pde comprovar a existncia deste ponto, que

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passou a ser conhecido como ponto de Poisson! 3 . Este experimento veio a declarar aparente vitria da teoria ondulatria sobre a corpuscular, a partir desse momento mais e mais cientistas comearam a adotar o modelo ondulatrio para luz e praticamente abandonaram o modelo corpuscular.

No ano 1860 o fsico James Clerk Maxwell, que trabalhava nas reas de eletricidade e magnetismo, selou a validade da teoria ondulatria da luz quando mostrou que a luz uma onda eletromagntica, ou seja, ele mostrou que a luz na verdade uma variao de campos eltricos e magnticos. Como curiosidade vale dizer que a teoria do eletromagnetismo de Maxwell uma das mais bem sucedidas teorias da fsica.

Esse domnio da teoria ondulatria durou at o incio do sculo XX quando Einstein e outros cientistas iniciaram a chamada fsica quntica. Einstein props que a luz era constituda de ftons, partculas que carregam energia. Louis de Broglie props que toda partcula que se movimenta com uma certa velocidade se comporta como uma onda, ou seja, uma partcula com momento linear diferente de zero tem as propriedades de uma onda (comprimento de onda, freqncia etc). Com isso tivemos comprovado que a luz se comporta em alguns aspectos como onda e em outros aspectos como partcula; com esse comportamento dual os fsicos criaram o termo dualidade onda-partcula.

Referncias

* ptica, Isaac Newton, trad. e notas: Andr K.T. Assis, EDUSP, So Paulo, 1996 (original 1704)

1 Apresentao do livro * acima, por Andr K.T Assis.

2 Citado por Osvaldo Pessoa Jr. , Histria da Fsica no sculo XIX, apostila do curso Tpicos Especiais de Ensino, Filosofia e Histria das Cincias UFBa, 2001

3 Histria da Fsica no sculo XIX, Osvaldo Pessoa Jr. , apostila do curso Tpicos Especiais de Ensino, Filosofia e Histria das Cincias UFBa, 2001

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Aula III

Tema

Refrao da luz

Objetivo

Construir o conceito de refrao dos raios luminosos quando a luz atravessa dois meios de propriedades distintas, realizando experimentos em sala de aula. Para isto, os alunos se reuniro em grupos e realizaro experincias com material didtico previamente preparado.

Recursos Instrucionais

Material didtico (figuras de refrao da luz, kit de propagao da luz atravs de lentes, kit de ngulo limite e kit de reflexo total)Utilizao de computadores (simulao da lei de Snell-Descartes)Trabalhos em grupoApresentao de esquemas de configuraes de raios luminososDiscusses

Motivao

Compreender o desvio dos raios luminosos quando a luz passa por dois meios de propriedades distintas

Momentos

Descrio Durao

Apresentao de figuras com exemplos de refrao da luz e identificao das concepes que os alunos tm sobre os exemplos apresentados

15 min

Realizao de experimentos com lentes e computadores seguida de discusso dos resultados obtidos

20 min

Construo da teoria da refrao da luz e estudo de casos especiais 15 min

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Descrio da aula III

Introduo

Esta aula procura construir o conceito de refrao da luz quando esta passa por dois meios com propriedades diferentes, admitindo que os alunos j tenham construdo os conceitos de propagao e de reflexo da luz em aulas anteriores. A motivao desta aula compreender as imagens nas figuras apresentadas e descrever a propagao dos raios luminosos atravs das lentes disponibilizadas em sala de aula. O objetivo desta aula ser atingido por meio da realizao de trabalhos em grupo, analisando figuras, realizando experimentos com lentes cncavas e lentes convexas, bem como fazendo simulao da lei de Snell-Descartes, utilizando computadores. O objetivo maior desta aula construir o conceito de refrao da luz para poder compreender o funcionamento do olho humano, que ser assunto abordado na aula seguinte. Sabe-se que o olho humano um complexo sistema ptico, apresentando, por exemplo, a crnea e o cristalino do olho como sendo lentes convergentes com focalizao varivel, por onde a luz passa e sofre refrao, justificando a necessidade de se abordar previamente o conceito de refrao da luz. A durao da aula para atingir os objetivos previamente estabelecidos de 50 minutos.

Descrio dos momentos da aula

1) Neste primeiro momento da aula, os alunos se reuniro em grupos para analisar algumas figuras que sero apresentadas a eles (anexo no final da aula). A idia obter uma descrio da propagao dos raios luminosos atravs dos dois meios com propriedades diferentes e identificar qual a explicao que eles tm sobre o desvio dos raios luminosos quando atravessam os dois meios distintos. No final deste momento da aula feita uma discusso sobre os resultados obtidos por cada grupo.

2) O momento seguinte da aula constitui na realizao de experimentos com lentes cncavas, bicncavas, convexas e biconvexas. Para isto so disponibilizados kits com material didtico para cada grupo da sala de aula. Este kit composto de um conjunto de lentes de cada tipo (figura 02), de uma ponteira laser e de um frasco com talco. solicitado que os alunos analisem a propagao do raio luminoso do laser atravs das lentes e na regio de sada da lente, espalhando talco nesta regio para facilitar o acompanhamento da trajetria do raio luminoso. Uma breve descrio da trajetria dos raios luminosos para cada tipo de lente solicitada no experimento para cada grupo.

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Figura 02 Lentes esfricas, a) convexa, b) biconvexa, c) cncava e d) bicncava

Em seguida os alunos devem simular os raios refletidos e refratados, utilizando um programa de computador. Escolhendo os dois meios de propagao da luz e definindo o ngulo de incidncia com o auxlio do mouse, eles visualizam a localizao dos raios refratados e refletidos. Os ngulos dos raios de incidncia, refletidos e refratados so mostrados na tela. Um esquema de uma das telas do programa de simulao descrito na figura 03. No final desta atividade feita uma discusso dos resultados obtidos por cada grupo de trabalho.

Figura 03 Esquema de uma das telas da simulao dos raios refletidos e refratadoshttp://www.walter-fendt.de/ph11br/refraction_br.htm

3) A teoria da refrao da luz calmamente construda aproveitando ao mximo os resultados obtidos pelos alunos. As regras de propagao de raios luminosos atravs de dois meios com propriedades distintas e atravs de lentes so apresentadas (figura 04 e 05). O conceito de foco cuidadosamente apresentado para a sala neste momento.

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http://www.walter-fendt.de/ph11br/refraction_br.htm

Figura 04 Esboo de propagao de raios de luz na interface de dois meioshttp://educar.sc.usp.br/otica/refracao.htm#lei

Figura 05 Esquema de propagao dos raios atravs das lenteshttp://camaraescura.no.sapo.pt/tecnicas/optica/optica1.htm

A lei de Snell-Descartes (equao 01) apresentada como sendo uma das ferramentas utilizadas no calculo os ngulos de reflexo e de refrao no programa de simulao utilizado. O conceito de ndice de refrao apresentado, neste momento, como sendo um parmetro constante da lei apresentada.

Equao 01 - sen 1 / sen 2 = n21 = n2 / n1 (Lei de Snell-Descartes)

Configuraes especiais de propagao de raios luminosos atravs de dois meios com propriedades distintas so apresentadas. O conceito de ngulo limite e de reflexo total so cuidadosamente introduzidos, fazendo um experimento de demonstrao para a sala, utilizando os kits de ngulo limite e de reflexo total. Um esboo das configuraes dos raios luminosos nestas situaes especficas (figura 06) feito no quadro negro para elucidar a discusso.

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http://camaraescura.no.sapo.pt/tecnicas/optica/optica1.htmhttp://educar.sc.usp.br/otica/refracao.htm#lei

Figura 06 Configuraes de refrao da luz: a) ngulo limite e b) reflexo total http://geocities.yahoo.com.br/galileon/1/ang_lim/anglimite.htm

Todos os conceitos estudados so resumidos no final da aula e uma abertura para esclarecimento de dvidas feita.

Em seguida, um momento para esclarecimento de dvidas aberto e em seguida a aula finalizada.

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http://geocities.yahoo.com.br/galileon/1/ang_lim/anglimite.htm

Material Didtico do Aluno Aula III

Exemplos de Figuras de Difrao

Figura 01 - Figuras com exemplos de refrao da luzhttp://geocities.yahoo.com.br/saladefisica8/optica/refracao.htmhttp://www.fisica.ufc.br/tintim10.htmhttp://www.conviteafisica.com.br/home_fisica/improviso_sala_de_aula/luz/refracao_luz.htm

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http://www.conviteafisica.com.br/home_fisica/improviso_sala_de_aula/luz/refracao_luz.htmhttp://www.fisica.ufc.br/tintim10.htmhttp://geocities.yahoo.com.br/saladefisica8/optica/refracao.htm

Aula IV e V

Aula IV

Tema

Formao de cores

Objetivo

Apresentar aos alunos o processo de formao de cores.

Motivao

O aluno aprende o processo de formao de cores atravs de um experimento simples e que causa uma bela impresso visual.

Contedo Fsico Enfocado

Decomposio da luz.

Recursos Instrucionais a Serem Utilizados

DiscussesExperimento com prisma

Momentos da Aula

Descrio Durao

O professor levanta uma discusso onde o foco est no porqu h diferentes cores de luz e se possvel misturar essas cores.

10 min

O professor distribui material didtico e roteiro para realizao do experimento de decomposio de luz com um prisma.

20 min

O professor explica o processo de formao dos diferentes espectros obtidos no experimento.

20 min

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Aula V

Tema

Disco de Newton

Objetivo

Fixao do contedo abordado na ltima aula, processo de formao de cores, atravs de atividade experimental.

Motivao

Construo de um experimento simples e muito interessante que visto, pelos estudantes como um brinquedo.

Contedo Fsico Enfocado

Formao da luz branca atravs da mistura de cores.

Recursos Instrucionais

Material para confeco do experimento (cartolina, tesoura, giz de cera, lpis de cor, compasso etc.)Roteiro para realizao do experimento

Momentos da Aula

Descrio Durao

O professor faz uma breve reviso da aula anterior. A partir disso o professor levanta uma discusso se possvel formar um raio de luz branco atravs da composio de diversas cores

15 min

O professor prope um experimento que ser realizado em grupo pelos alunos. Distribuio do roteiro e do material para confeco do Disco de Newton. O professor soluciona possveis dvidas durante a execuo do experimento

30 min

Comentrios e consideraes finais. 05 min

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Descrio das Aulas IV e V

Introduo

Esta aula introduz ao aluno o processo de formao de cores atravs da decomposio da luz e da das cores primrias.

Esperamos que aps esta aula o aluno seja capaz de formular e responder questes bsicas relativas cores, como por exemplo Por qu o cu azul? ou Por qu vejo diferentes tonalidades de uma mesma cor ?.

Formao de cores

A luz proveniente de fontes como o Sol ou uma lmpada e, na verdade um conjunto de vrias cores misturadas ou superpostas. O que chamamos de luz branca a mistura de todas as cores. Quando decompomos a luz solar com um prisma ou quando olhamos para um arco-ris observamos a formao de um espectro contnuo de cores, onde esto as seguintes cores: vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.

Ainda que obtemos sete cores com a decomposio da luz solar, podemos obter todas as cores atravs da combinao de trs cores: azul, verde e vermelho.Chamamos essas cores de cores primrias.

Podemos representar a soma das cores primria da seguinte forma:

Azul + Vermelho = MagentaAzul + Verde = Turquesa

Vermelho + Verde = AmareloVermelho + Verde + Azul = Branco

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bom lembrar que o prisma apenas separa as cores, o espectro formado pelo prisma caracterstica exclusiva da fonte que emitiu a luz e no uma caracterstica do prisma.

Poderamos nos perguntar o porqu vemos um objeto com uma determinada cor sendo que a luz do Sol branca e ainda a composio de todas as cores.

Quando a luz atinge um objeto, parte dela absorvida e parte refletida. Dependendo da superfcie ou da tinta que reveste o objeto, parte da luz incidente refletida.

Assim, um carro vermelho vermelho porque absorveu todas as cores e refletiu apenas a cor vermelha. Por sua vez, se o carro for vermelho isso significa que o carro est refletindo, alm do amarelo incidente, as componentes verde e vermelha da luz, que somadas resultam no amarelo.Com isso j podemos saber qual a cor da roupa mais apropriada para usar nos dias ensolarados.

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Material Didtico do Aluno Aula IV

Roteiro para realizao do experimento: Decomposio da Luz

Material

PrismaDiferentes tipos de lmpada: Lmpada incandescenteLmpada de tungstnio-halognioLmpada fluorescenteLmpada vapor de mercrioCmara escura

Como Fazer

1- Posicionar o prisma dentro da cmara escura de tal forma que o espectro seja formado no fundo da cmara.2- Posicionar a cmara escura de tal forma que a luz que emerge das lmpadas incida sobre a fenda da cmara escura.3- Anotar o que acontece com os espectros para cada tipo de lmpada.4- Posicionar a fenda de tal forma que a luz solar possa entrar na fenda5- Anote o que aconteceu com o espectro6- Escreva em uma folha separada, para entregar, as diferenas dos espectros para cada tipo de lmpada e para a luz solar.

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Material Didtico do Aluno - Aula V

Roteiro para a realizao do experimento: Disco de Newton

Material

Cartolina brancaLpis de cor ou giz de ceraTesouraCompassoTransferidorRgua

Como Fazer

1- Desenhe na cartolina, com o compasso, um crculo de 7 cm de raio e recorte este crculo.2- Faa 21 divises no crculo, a cada 17,1, com o auxlio de um transferidor.3- Pinte cada diviso, sucessivamente, com as cores vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta (nesta ordem). Note que cada cor se repetir 3 vezes.4- Fure o disco no centro e fixe um lpis.5- Rode o disco, como se este fosse um pio, e observe o que acontece com as cores do disco.6- Anote em uma folha o que aconteceu e d uma possvel explicao para o que foi observado.

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Aula VI

Tema

Funcionamento do olho humano

Objetivo

Compreender o funcionamento do olho humano e o processo de formao da imagem. Para isto, os alunos se reuniro em grupos para analisar material didtico composto por um texto que descreve as funes das diversas partes do olho humano e participaro de discusso sobre o processo de formao da imagem no olho e no crebro. Em seguida eles faro um experimento com lentes convergentes, divergentes e cilndricas para discutir os defeitos da viso.

Recursos Instrucionais

Material didtico (texto que descreve a funo das diversas partes do olho humano, kit com lentes convergentes, divergentes e cilndricas)Trabalhos em grupoDiscussesExposies complementares

Motivao

Compreender os defeitos da viso.

Momentos

Descrio Durao

Leitura do texto explicativo sobre as funes das partes do olho humano e identificao das concepes que os alunos tm sobre o processo de formao da imagem no olho e no crebro

15 min

Discusso sobre o processo de formao da imagem no olho e no crebro

15 min

Realizao de experimentos com lentes convergentes, divergentes e cilndricas e discusso sobre os defeitos da viso

20 min

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Descrio da aula IV

Introduo

Esta aula procura auxiliar os alunos a compreenderem o funcionamento do olho humano e o processo de formao da imagem no olho e no crebro. A motivao desta aula compreender os defeitos da viso, que um assunto que faz parte do cotidiano dos alunos. O objetivo desta aula ser atingido, utilizando a leitura de um texto didtico sobre as funes das diversas partes do olho humano, realizando discusso sobre o processo de formao de imagens no olho e no crebro e realizando experimentos com lentes convergentes, divergentes e cilndricas para analisar os defeitos da viso. A durao da aula para atingir os objetivos previamente estabelecidos de 50 minutos.

Descrio dos momentos da aula

1) Neste primeiro momento da aula, os alunos se reuniro em grupos para analisar um texto didtico (anexo no final da aula) que descreve o funcionamento das diversas partes do olho humano. A idia obter explicaes sobre o processo de formao da imagem no olho, levando em considerao a funo de cada parte do sistema ptico do olho descrita no texto. A finalidade maior deste momento da aula identificar qual a explicao que eles tm sobre o processo de inverso da imagem formada pelo sistema ptico do olho.

2) O momento seguinte da aula constitui na discusso sobre o processo de formao da imagem no olho e no crebro. Inicialmente ser ressaltado para os alunos que o funcionamento detalhado dos mecanismos envolvidos na viso humana bastante complicado e no totalmente compreendidos1. Cada parte do olho ser discutida com detalhe, utilizando o auxlio de esquemas no quadro, do ponto de vista, do seu funcionamento e de sua contribuio para a formao da imagem no sistema ptico do olho. Primeiramente ser dada uma ateno especial funo da crnea e do cristalino do olho, que funcionam como lentes elsticas, que tem a funo de refratar a luz e focaliz-la na regio da retina. Em seguida toda a ateno ser dada ao funcionamento da retina que a regio de formao da imagem ptica. Para detalhar o funcionamento da retina ser abordado que a presena de fotoreceptores, cerca de 7 milhes de cones e 120 milhes de bastonetes, faz com que a luz seja captada e a imagem formada nesta regio. Neste momento ser evidenciado que estes fotoreceptores esto interligados entre si e ligados vrias clulas, formando uma complicada malha de interligao que se liga ao crebro por cerca de 1 milho de fibras nervosas. Este feixe de fibras, chamado de nervo ptico, transmite os sinais eltricos ao crebro que constri uma imagem, que uma sensao psicolgica. Os sinais eltricos referentes aos lados direito e esquerdo de cada retina so ligados respectivamente aos lados direito e esquerdo do crebro. Assim, devido inverso de imagem na retina, todas as informaes referentes ao lado direito do campo visual so enviadas ao lado esquerdo do crebro. Ser ressaltado aos alunos que a imagem formada no crebro proveniente de uma sensao psicolgica e pode no corresponder imagem ptica formada na retina. Em seguida, alguns efeitos visuais como o ponto cego do olho,

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gerado pela presena do nervo ptico, e a inibio lateral, gerada pela atenuao do sinal eltrico em algumas regies da retina, sero discutidos por serem efeitos responsveis por algumas iluses de ptica interessantes. Os recursos da viso para avaliar a profundidade de objetos, que em alguns casos tambm geram iluses de pticas, relacionados acomodao do olho, paralaxe dos objetos movimentando a cabea, avaliao por perspectiva, luminosidade e cores de objetos sero discutidos. Num passo seguinte dado incio discusso sobre alguns mecanismos de formao de imagens em trs dimenses pelo crebro, ressaltando que este assunto ser retomado em aulas futuras. O primeiro exemplo de formao de imagens em trs dimenses abordado ser a convergncia dos olhos. explicado que devido paralaxe, as imagens pticas formadas nas retinas dos dois olhos no so iguais e o crebro constri uma imagem tridimensional que uma sensao psicolgica de natureza diferente da imagem ptica real da retina. O segundo exemplo que ser abordado relaciona-se com a utilizao de pares de fotografias com cores diferentes para cada desenho, formando imagens em trs dimenses no crebro. Finalmente este momento da aula finalizado, ressaltando que o crebro aprende a construir as imagens desde pequeno e que s vezes ele se engana na construo de algumas imagens, que podem no corresponder realidade.

3) Neste ltimo momento da aula, os defeitos da viso sero abordados ressaltando que os problemas da viso referem-se focalizao incorreta dos objetos. Em seguida, alguns kits com lentes convergentes, divergentes e cilndricas so distribudos para os grupos de alunos e uma atividade proposta. sugerido que os alunos utilizem as lentes convergentes, divergentes e cilndricas para analisar quais lentes ampliam, diminuem ou deformam imagens de figuras quando rotacionadas. Em seguida feita uma breve discusso sobre os resultados obtidos deste experimento. Espera-se que os alunos tenham concludo que:

a) As lentes que aumentam a imagem so as convergentesb) As lentes que diminuem a imagem so as divergentesc) As lentes que deformam a imagem quando rotacionadas so as cilndricas

Novamente ressaltado aos alunos que os defeitos da viso esto relacionados com dificuldades na focalizao dos objetos na regio da retina. mencionada a existncia dos trs tipos de defeitos da viso mais comuns:

a) dificuldade de focalizao de objetos prximos (hipermetropia)b) dificuldade de focalizao de objetos distantes (miopia)c) dificuldade de focalizao de objetos em direes especficas (astigmatismo)

Num passo seguinte proposto que os alunos sugiram quais lentes seriam utilizadas para corrigir as dificuldades de viso de objetos relacionadas acima. Espera-se que aps uma anlise dos resultados obtidos no experimento com as lentes e das diferentes dificuldades de focalizao dos objetos apresentadas, os alunos sozinhos possam concluir quais lentes devam ser utilizadas para corrigir cada defeito da viso. Porm espera-se que alguns grupos de alunos possam cometer um erro, bem comum, como por exemplo:

a) as lentes que aumentam a figura (convergente) so para corrigir dificuldade de focalizao de objetos distantes (miopia)

Por conseguinte estes mesmos grupos iro concluir erroneamente que:b) as lentes que diminuem a figura (divergente) so para corrigir dificuldade de

focalizao de objetos prximos (hipermetropia)Com a finalidade de esclarecer os defeitos da viso e suas correes, uma discusso promovida com os alunos, por meio de esquemas na lousa, com a finalidade de

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compreender cada caso, em detalhes. Aps a discusso, espera-se que os alunos possam esclarecer as dvidas e concluir, juntamente com o professor que:

a) no caso da hipermetropia, o indivduo no enxerga bem de perto, mas enxerga bem de longe. Com esta habilidade o indivduo vai procurar acomodar o olho para afastar os objetos, j que ele enxerga bem de longe. Este procedimento faz com que a imagem acabe se formando atrs da retina, porque o indivduo tentou afastar o objeto. Neste caso este indivduo precisa de uma lente convergente que feche os raios luminosos para focaliz-los, um pouco mais perto, na regio correta da retina.

b) no caso da miopia, o indivduo no enxerga bem de longe, mas enxerga bem de perto. Com esta habilidade o indivduo vai procurar acomodar o olho para aproximar os objetos, j que ele enxerga bem de perto. Este procedimento faz com que a imagem acabe se formando antes da retina, porque o indivduo tentou aproximar o objeto. Neste caso este indivduo precisa de uma lente divergente que abra os raios luminosos para focaliz-los, um pouco mais afastados, na regio correta da retina.

c) no caso do astigmatismo, o indivduo no enxerga bem em determinadas direes. A lente cilndrica utilizada, neste caso, para focalizar os raios luminosos nestas determinadas direes que apresentam falta de nitidez para o indivduo.

Uma discusso adicional feita para apresentar o defeito da viso, chamado de presbiopia, que a falta de acomodao do cristalino do olho com o envelhecimento de um indivduo, gerando uma dificuldade de focalizao de objetos prximos. Neste momento da aula, espera-se que os alunos sozinhos sugiram que uma lente convergente deva ser utilizada para corrigir a presbiopia devido ao fato deste defeito da viso apresentar as mesmas caractersticas da hipermetropia.

Finalmente, aberto um momento final da aula para reforo do assunto discutido e para esclarecimento de dvidas, que ainda possam existir. Em seguida a aula finalizada.

Referncias

1 - Vuolo, Jos Henrique Viso Humana Editora do Instituto de Fsica da Universidade de So Paulo, 2a., 1999.

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Material Didtico do Aluno Aula VI

Figura 01 Esquema das diversas partes do olho humanohttp://www.escolavesper.com.br/olho_humano.htm

Enquanto a viso um processo complicado, o olho apenas recebe a luz.A primeira funo dos olhos focalizar a luz. Seu funcionamento como o de uma cmera fotogrfica, onde os raios de luz penetram pela crnea, que possui um grande poder de focalizao. A ris regula a quantidade de luz que entra nos olhos, aumentando ou diminuindo o tamanho da pupila (abertura central da ris). A luz ento viaja atravs do cristalino, que faz o ajuste fino na focalizao sobre a retina, localizada na parte posterior do olho, atuando como se fosse o filme da cmera. A retina transforma a luz em impulsos eltricos, que so levados pelo nervo ptico at o crebro. Para enxergarmos bem, os raios de luz necessitam ser precisamente focalizados sobre a retina.

As principais partes do olho humano so:

A crnea: a parte da frente do olho, onde vemos o branco do olho e a ris. A crnea transparente e esfrica.

O cristalino: uma lente gelatinosa, elstica e convergente que focaliza a luz que entra no olho, formando imagens na retina. A distncia focal do cristalino modificada por movimentos de um anel de msculos, os msculos ciliares, permitindo ajustar a viso para

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http://www.escolavesper.com.br/olho_humano.htm

objetos prximos ou distantes. Isso se chama de acomodao do olho distncia do objeto. A convergncia correta do cristalino faz com que a imagem de um objeto, formada na retina, fique ntida e bem definida. Se for maior ou menor que a necessria, a imagem fica fora de foco, como se costuma dizer. A imagem real e invertida mas isso no tem importncia j que todas as imagens tambm so invertidas e o crebro se adapta a isso desde o nascimento. Na figura esquemtica abaixo, o cristalino (lente) est inicialmente ajustado para uma dada distncia do objeto. Se o objeto se aproxima, a imagem perde a nitidez. Para recuper-la o cristalino se acomoda, aumentando a convergncia, isto diminuindo a distncia focal.

A ris: aquela parte circular que d a cor do olho. opaca mas tem uma abertura central, a pupila, por onde entra a luz. O dimetro da pupila varia automaticamente com a intensidade da luz ambiente: no claro ela estreita e no escuro se dilata. Seu dimetro pode passar de 2 mm a 8 mm, aproximadamente.

A retina: nela que se formam as imagens das coisas que vemos. A retina composta de clulas sensveis luz, os cones e os bastonetes. Essas clulas transformam a energia luminosa das imagens em sinais nervosos que so transmitidos ao crebro pelo nervo tico. Normalmente, as imagens dos objetos que olhamos diretamente formam-se na regio da retina bem na linha que passa pela pupila e pelo centro do cristalino, isto , pelo eixo do globo ocular. Essa regio, chamada de fvea, rica de cones, que so as clulas mais sensveis viso das cores. No resto da retina praticamente s tem bastonetes que so menos sensveis s cores mas so mais sensveis baixa intensidade de luz. Na semi-obscuridade so os bastonetes que se encarregam de nossa viso: por isso se diz que noite todos os gatos so pardos. Na posio de onde sai o nervo tico fica o chamado ponto cego. Nesse ponto no existem cones nem bastonetes e uma imagem que se forme sobre ele no vista. Para comprovar isto faa o seguinte teste: feche seu olho esquerdo e, fixando a cruz com o olho direito, mova a cabea para frente e para trs at que o crculo preto desaparea. Isso se d quando a imagem do crculo preto cai sobre o ponto cego.

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Aula VII

Tema

Explicando aos seus olhos

Objetivo

Finalizar todas as discusses sobre tica, apresentando explicaes (quando forem possveis) sobre as iluses j apresentadas na aula inicial.

Materiais Necessrios

Retro Projetor, Projetor Multimdia ou Apostila para os AlunosPapel Celofane

Recursos Instrucionais

ApresentaoDiscusses

Motivao

Esclarecer os efeitos de iluso de tica utilizando os conhecimentos adquiridos no curso.

Momentos

Descrio Durao

Reapresentar as iluses da primeira aula e discutir suas causas.

25 min

Confeco de culos 3D para a visualizao de iluses de profundidade.

10 min

Apresentao e discusso de mais algumas iluses no mostradas anteriormente.

10 min

Discusso final sobre aula.

5 min

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Descrio da aula VII

O educador dever reapresentar as iluses da primeira aula e, quando for possvel, explicar a causa da iluso. (ver anexo da 1 aula)

Logo aps as explicaes sero apresentadas mais algumas iluses de profundidade. Para visualizar algumas delas ser necessrio um filtro nos olhos (um verde e um vermelho), para isso o educador confeccionar com os alunos uns culos 3D. Na verdade basta o aluno recortar um pedao de papel celofane vermelho e um verde, para que esses sejam colocados na frente dos olhos. Para evitar demora, no ser necessrio a confeco da armao dos culos.

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Material Didtico do Aluno Aula VII

Iluses de tica

As iluses de tica indicam uma segmentao entre a percepo de algo e da concepo desta outra realidade, a ordem de percepo no influencia a compreenso de algumas imagens. Principalmente nos ltimos 20 anos, os cientistas mostraram um progresso na rea tica. As iluses causam surpresa quando so percebidas de formas diferentes e at um certo tipo de divertimento.

As ondas de luz penetram no olho ento entram em celas de foto receptiva na retina. A imagem formada na retina plana, contudo, percebemos forma, cor, profundidade e movimento. Isso ocorre porque nossas imagens de retina, se em uma imagem 2D ou 3D, so representaes planas em uma superfcie encurvada. Para qualquer determinada imagem na retina, h uma variedade infinita de possveis estruturas tridimensionais.

Porm, nosso sistema visual normalmente se conforma com a interpretao correta. Quando um engano cometido, uma iluso de tica acontece. Esta arte que mexe com nosso inconsciente nos deixando por momentos sem saber o que est ocorrendo, ou at por longos perodos refletimos sobre uma iluso apresentada.

Algumas iluses trabalham exatamente no fato de sermos juntamente com os macacos os nicos seres que percebem a noo de largura,altura e profundidade; uma das explicaes para este fato que temos os olhos na frente da cabea e no dos lados como na maioria dos animais.

A percepo que uma pessoa tem do mundo exterior de seu olho no depende apenas do rgo da viso, mas tambm de suas emoes, seus motivos, suas adaptaes, etc. A Psicofsica estuda estas percepes e mostra que o mesmo estmulo fsico pode produzir percepes muito variadas.

Tipos de iluses de tica:

AmbguasAs imagens ambguas, sempre contm mais de uma cena na mesma imagem.Seu sistema visual interpreta a imagem em mais de um modo. Embora a imagem em sua retina permanea constante, voc nunca v uma mistura estranha das duas percepes sempre uma ou a outra.

EscondidasSo imagens que a primeira vista no apresentam nenhum significado, mas depois de observar voc ir se surpreender.

Impossveis

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Sensacionais imagens que inexplicavelmente parecem normais, mais se repararmos bem, so impossveis.LetrasNossos olhos realmente nos enganam, aqui voc descobrir vrias formas e tipos de letras que enganam nossa vista.

Aps EfeitoSo imagens que depois de visualizadas revelam novas cenas.

Anglifas 3DSo figuras ou cenas que, submetidas a filtros coloridos, apresentam diversos nveis de profundidade, quase exatamente o que nossos olhos enxergam quando as v. A viso em trs dimenses (ou esterioscpica) depende muito do fato de possuirmos dois olhos (viso binocular). Voc pode verificar que, ao fechar um de seus olhos, perder grande parte da noo das distncias entre os objetos. Isso ocorre porque os dois olhos captam a imagem do mesmo objeto de posies diferentes, devido distncia entre os olhos. Essas duas imagens so superpostas no crebro, o que d a sensao de 3D.

EstereogramasEsse efeito, que no passa de uma fascinante iluso de tica, pode ser obtido graas capacidade que nossos olhos tm de enxergar, como se estivessem em diversas profundidades, imagens repetidas horizontalmente, dispostas em distncias levemente alteradas.

ArteSo obras publicadas de artistas consagrados com maravilhosas iluses de ptica.

Iluses em 3D

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Estereogramas

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Referncias

- Revista Super Interessante, Abril 2004, Seo Super Zoom por Elisa Menezes- http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp- John Rowan Wilson, Biblioteca Cientfica Life, Livraria Jos Olympio Editora, 1969

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FSICA DAS ILUSES TICASTpicoApresentaoJustificativa do TpicoObjetivos geraisPblico Alvo

Contedo FsicondiceQuadro sintticoAula IAula IIAula IIIAula IVAula V

DescrioAula VIAula VIIAula I

TemaObjetivoMateriais NecessriosRecursos InstrucionaisMotivaoMomentosDescrio da Aula I

Aula IIObjetivoMotivao

Contedo Fsico EnfocadoRecursos Instrucionais a Serem UtilizadosMomentos da AulaComentrios FinaisDescrio da Aula II

Referncias

TemaObjetivoRecursos InstrucionaisMotivaoMomentosIntroduoDescrio dos momentos da aulaMaterial Didtico do Aluno Aula III

Aula IV e VAula IV

Aula VDescrioDescrio das Aulas IV e VIntroduoFormao de cores

Roteiro para realizao do experimento: Decomposio da LuzMaterialComo Fazer

Material Didtico do Aluno - Aula VMaterialComo Fazer

TemaObjetivoRecursos InstrucionaisMotivaoMomentosIntroduoDescrio dos momentos da aulaRefernciasMaterial Didtico do Aluno Aula VI

Aula VII

TemaObjetivoMateriais NecessriosRecursos InstrucionaisMotivaoMomentosDescrio da aula VIIMaterial Didtico do Aluno Aula VIIIluses de tica

Iluses em 3DEstereogramasReferncias