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Guião científico – Projeto Pais com a Ciência

Marco na Ciência

Protocolos de atividades para o 1º ciclo

Ficha técnica

Título

Guião científico – Projeto Pais com a Ciência, Marco na Ciência – Protocolos de atividades para o 1º ciclo

Edição

1ª edição (março, 2014)

Editor

Projecto Matemática Ensino – PmatE, Universidade de Aveiro

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Índice

Introdução .......................................................................................................................................................... 2

Enquadramento Curricular ................................................................................................................................. 2

Atividade 1 – simulação da sucessão das estações do ano ................................................................................ 2

Atividade 2 – simulação dos dias e das noite ..................................................................................................... 4

Rosa dos Ventos ................................................................................................................................................. 6

Atividade 3 – evolução da posição da sombra ................................................................................................... 7

Atividade 4 – construção do relógio de Sol ........................................................................................................ 9

Resumo da atividade .......................................................................................................................................... 9

Referências bibliográficas ................................................................................................................................ 14

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Introdução

O presente guião organiza um conjunto de atividades subordinadas ao tema dinâmica da Terra – relógio de

Sol. As propostas de atividades serão implementadas com crianças do 1º ciclo do ensino básico a fim de

serem aprofundadas questões relacionadas com os movimentos dos corpos celestes, em particular, do

sistema Sol - Terra.

A sucessão e duração das estações do ano ou o movimento diurno do Sol parecem fenómenos simples de

explicar, no entanto, abordar este assunto com crianças desta faixa etária pode tornar-se complicado já que

o estádio do pensamento abstrato apenas se inicia por volta dos 12 anos. As atividades estão pensadas por

forma a usar a observação como processo para entender melhor os fenómenos em discussão.

Enquadramento Curricular

No que respeita ao enquadramento curricular das atividades propostas pretende-se cumprir os objetivos

gerais «Utilizar processos simples de conhecimento da realidade envolvente…assumindo uma atitude de

permanente pesquisa e experimentação», «Selecionar diferentes fontes de informação…e «Utilizar diversas

formas de recolha e de tratamento de dados simples…», de acordo com o programa de estudo do meio do

ensino básico.

Pretende-se ainda cumprir os objetivos específicos enumerados no programa de estudo do meio do ensino

básico, no que respeita ao bloco programático 3 – À descoberta do ambiente natural quando é referido

«…reconhecer o Sol como fonte de luz e calor», «Verificar as posições do Sol ao longo do dia…», «observar e

representar os aspetos da Lua nas diversas fases» e «Observar um modelo do Sistema Solar».

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Atividade 1 – simulação da sucessão das estações do ano

Resumo da atividade

Utilizando o modelo construído pelos alunos no âmbito das atividades propostas para o Projeto Pais com a

Ciência, bloco temático 3 – Universo, Sistema Solar e Dinâmica da Terra - posicionar o Sol e a Terra de modo

a simular o fenómeno das estações do ano – A (cf. Figura 1) e duração dos dias – B (cf. Figura 1).

Caso o modelo não esteja disponível ou não seja funcional, poderá ser substituído por um globo terrestre e

uma lâmpada/candeeiro que ilumine completamente um lado do globo e não apenas uma pequena área (o

que acontece quando se utilizam lanternas pequenas).

A imagem representa a posição da Terra em diferentes pontos da sua trajetória, sendo que as estações

identificadas dizem respeito ao Hemisfério Norte.

Protocolo da atividade

Material:

- modelo sistema Terra-Sol ou globo terrestre e candeeiro.

Procedimento - O modelo construído deve ser usado numa sala escura para que ao acender-se o candeeiro

que simula o Sol seja possível observar a luz a incidir apenas em metade da esfera que representa a Terra.

Colocar a Terra em cada uma das posições A, B, C e D e registar as observações na seguinte tabela (cf. Tabela

1).

Figura 1 – Imagem ilustrativa da sucessão das estações do ano e da duração dos dias.

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Posição da Terra O Polo Norte

está iluminado?

O Polo Sul está

iluminado?

Como está orientado o eixo

da Terra?

A – Solstício de Verão

B – Equinócio de Primavera

C – Solstício de Inverno

D – Equinócio de Outono

Tabela 1 – Tabela registo de observações.

Notas da atividade

Solstício de Inverno

A inclinação do eixo da Terra relativamente ao plano que inclui a trajetória da Terra em volta do Sol origina

vários fenómenos:

- o polo norte não recebe luz solar durante o inverno e parte do outono;

- a temperatura à superfície é menor já que há menos raios solares a incidir na superfície terrestre por

unidade de área, comparado com o que acontece no verão;

- há menos horas de luz, tornando os dias mais pequenos e frios.

Solstício de Verão

A inclinação do eixo da Terra em direção ao Sol origina vários fenómenos:

- no polo norte é sempre de dia – o sol não se põe - durante o inverno e parte do outono;

- a temperatura à superfície é maior já que há mais raios solares a incidir na superfície terrestre por

unidade de área, comparado com o que acontece no inverno;

- há mais horas de luz, os dias são mais longos e quentes.

Equinócios de Primavera e Outono

- o eixo da Terra é paralelo ao Sol, logo a sua inclinação não influência a duração dos dias e das noites

e ambos os polos, norte e sul, encontram-se iluminados.

- a quantidade de radiação solar recebida por unidade de área é maior do que acontece no inverno.

- nestes dias, os dias (horas de Sol) têm a mesma duração das noites.

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Atividade 2 – simulação dos dias e das noite

Resumo da atividade

Com esta atividade é pretendido que os alunos compreendam como se concretiza o fenómeno da sucessão

dos dias e das noites e como este facto se relaciona com a variação do número de horas de Sol ao longo do

ano.

Protocolo da atividade

Material:

- lanterna ou lâmpada do modelo;

- palito comprido de espetada;

- bola de esferovite de diâmetro 20 cm;

- balão azul;

- arame de comprimento igual a 40 cm.

Procedimento - A lâmpada ou lanterna servirá para simular o Sol enquanto a

bola de esferovite representará a Terra. Para “fazer” a Terra, cortar a entrada do

balão e “vestir” a bola de esferovite com o balão. Atravessar a bola de esferovite

de um lado ao outro, no centro, com o arame. Considerando esta bola a “Terra”

o arame entra num polo e sai no outro. Repetir o processo utilizando um palito, mas procedendo de modo a

que este faça um ângulo de 23,5⁰ com o arame. O palito representará o eixo da Terra.

Uma vez construída a Terra, deve-se apagar a luz da sala e segurar no arame por forma a que este se

encontre perpendicular ao chão ou superfície onde se realiza a atividade. Sempre que se rodar a Terra deve-

se garantir que o arame está sempre na vertical já que é utilizado como referência para se respeitar a

correta inclinação do eixo da Terra. Acender o “Sol” e posicionar a Terra em cada uma das situações A, B C e

D ilustradas nas figuras (cf. Figura 2, 3 e 4).

Figura 2 - Solstício de Verão no Hemisfério Norte

(Posição A).

Figura 3 - Solstício de Inverno no Hemisfério Norte

(Posição C).

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Figura 5 – Representação da latitude.

Notas da atividade

O fenómeno da sucessão dos dias e das noites relaciona-se com o movimento de rotação da Terra. A Terra

completa uma rotação sobre o seu eixo aproximadamente, a cada 24 horas.

A um observador na superfície terreste, este movimento de rotação da Terra confunde-se com o movimento

aparente do Sol no céu. Na realidade o corpo que se move é a Terra e não o Sol.

Dependendo da latitude a que se encontra o observador, os dias podem durar mais ou menos tempo, ou

seja, as horas de Sol são diferentes consoante a localização.

Para se identificar a localização de um corpo/objeto à superfície da Terra utilizam-se coordenadas

geográficas: a latitude e a longitude. A latitude é o ângulo que o raio da Terra faz entre a linha do Equador e

o lugar à superfície da Terra. Às circunferências paralelas ao Equador chamam-se paralelos. A latitude é

medida em graus (°) para Norte ou para Sul, sendo o Equador a linha com latitude igual a 0° (cf. Figura 5).

Figura 4: Equinócios (Posição B e D).

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A longitude é o ângulo que o raio da Terra faz entre a linha do meridiano de Greenwich, e o lugar à superfície

da Terra. Às circunferências que passam pelos dois polos (Norte e Sul) chamam-se meridianos. O meridiano

de referência que corresponde a 0° de longitude chama-se meridiano de Greenwich. A latitude é medida em

graus (°) para Este ou Oeste

Rosa dos Ventos

A Rosa dos Ventos reúne a orientação das linhas que indicam as direções cardeais: norte, sul, este e oeste.

Para além destes pontos podem ter mostrar ainda os pontos colaterais NE (nordeste), NO ou NW (noroeste),

SE (sudeste) e SO ou SW (sudoeste) (cf. Figura 7).

Figura 6 – Representação do meridiano de Greenwich.

Figura 7 – Representação da Rosa dos Ventos.

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Atividade 3 – evolução da posição da sombra

Resumo da atividade

Com a implementação deste trabalho de campo os alunos terão a possibilidade de observar a posição do Sol

no céu ao longo do dia e perceber como nos podemos orientar recorrendo à interpretação desse

movimento. Desta forma, é suposto que a atividade proporcione aos alunos a possibilidade de relacionar o

movimento aparente do Sol com os pontos cardeais e a direção da sombra de um objeto.

Protocolo da atividade

Material:

- vara de 1 m de altura ou uma pessoa;

- giz de várias cores;

- superfície;

- dia de sol;

- relógio;

- superfície de 10 m2 (pátio ou campo de jogos) onde seja possível escrever com giz;

- fita métrica 5 m;

- fio de prumo.

Procedimento - Em primeiro lugar, é necessário averiguar qual será o melhor local para a realização da

atividade. O local para a sua implementação deverá ser uma zona em que o Sol incida todo o dia e aonde

não se sobreponha nenhuma sombra.

Depois de identificado o local com as condições acima enumeradas, deve-se marcar o centro com giz. No

centro deverá ser colocada a vara na vertical. Se não for possível ter uma suporto para a vara, esta deverá

ser segurada por um aluno, ou o próprio aluno poderá posicionar-se no centro e a partir da sua sombra,

fazer-se as respetivas medições. As medições do comprimento da sombra devem ser efetuadas de 30 em 30

minutos e devem-se proceder ao seu registo, recorrendo à tabela (cf. Tabela 2). No final da atividade pode-

se desafiar os alunos a indicarem no chão, com giz, os pontos cardeais.

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Notas da atividade

É esperado que se observe o seguinte:

- a sombra tem maior comprimento de manhã e ao final do dia.

- à medida que a sombra se movimenta ao longo da manhã, o seu comprimento diminui até assumir o

menor comprimento possível – corresponde ao momento/instante em que o Sol se encontra mais alto no

céu. No Hemisfério norte, a sombra ao meio dia solar corresponde ao ponto cardeal Norte. Para latitudes

superiores ao Trópico de Câncer a sombra mínima corresponde ao meio-dia solar e a direção desta sombra

indica o Norte;

- quando o Sol está mais alto no céu, a sombra é mais pequena.

- ao longo da tarde, o comprimento da sombra volta a aumentar até ao pôr-do-sol.

- no dia do equinócio, o Sol nasce na direção do ponto cardeal Este e põe-se no ponto cardeal Oeste.

- no dia do solstício de verão, o Sol nasce e põe-se mais a norte relativamente à posição ocupada nos

equinócios. Já no dia do solstício de inverno, o Sol nasce e põe-se mais a sul.

Tempo

(hora e minutos)

Comprimento da sombra (cm)

08h00min

08h30min

09h00min

09h30min

10h00min

10h30min

11h00min

(…)

18h00min

Se possível, usar um escadote para tirar uma fotografia de cima com o resultado final.

Tabela 2 – Proposta para registo das medições da sombra ao longo do dia.

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Escolher um local com referências no horizonte de onde seja possível tirar uma foto do pôr-do-sol.

Tirar uma foto em cada um dos dias sugeridos acima.

Atividade 4 – construção do relógio de Sol

Resumo da atividade

Aproveitando o estudo da posição da sombra realizado na atividade 3, pode concluir-se que a formação da

sombra e variação do seu comprimento é um fenómeno que ocorre todos os dias de forma sequencial. Este

facto permite a construção de um Relógio de Sol. Os egípcios utilizavam este método para determinar o

tempo usando a sombra de obeliscos majestosos. Os egípcios dividiam o dia em 24 horas: doze horas de luz

e outras doze horas de escuridão e nas praças romanas era comum encontrar relógios de Sol.

Protocolo da atividade

Material:

- modelo do relógio kit Latitude e Longitude;

- palhinha;

- bússola;

- cola;

- tesoura.

Figura 8 – Posição do Sol no ocaso em quatro dias diferentes.

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Procedimento

Depois de recortar pela linha indicada a verde, seguir as instruções do esquema (cf. anexo 1).

Como funciona um relógio do Sol equatorial

Nesta ilustração, considera-se o movimento aparente do Sol, ou seja, imagina-se que é o Sol que se move à

volta da Terra num dia de verão no polo norte. Considerando um plano horizontal colocado no por do sol

(base do relógio) e uma vara na vertical (gnómon), verifica-se que a cada hora que passa, a sombra do

gnómon roda 15°. Usa-se como referência para a posição da sombra a linha de longitude 0° - o meridiano de

Greenwich.

Figura 9 – Indicações para construção do relógio de Sol equatorial.

Figura 10 – Evolução da sombra no polo norte, no verão.

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O Sol encontra-se fixo e a Terra realiza o movimento de rotação representado pela seta a vermelho. Ao final

de uma hora, a Terra rodou 15° e, passada outra hora, rodou mais 15°. Depois de 24h, a sombra dividiu o

disco em 24 partes iguais. Para um relógio do sol deste tipo, isto só acontece nos polos durante o verão. Para

lugares com outras latitudes é necessário ajustar a posição da base do relógio para que cada hora também

corresponda a uma variação de 15°.

Devido à distância da Terra ao Sol ser muito grande, os raios solares são paralelos uns aos outros quando

incidem na superfície terreste.

Quando é verão, no hemisfério norte, o eixo da Terra está orientado para o Sol. Uma consequência desta

inclinação é o sol nunca se pôr durante esse tempo no Polo Norte, estando sempre acima da linha do

horizonte. No inverno a situação inverte-se, e o Sol nunca nasce.

Para se ter um relógio de sol equatorial, a sua base, onde estão indicadas as horas, tem de ser paralela ao

paralelo do equador e o gnómon tem de ser paralelo ao eixo da Terra. Seguindo estas regras, teremos um

relógio equivalente ao apresentado nos pólos norte e sul, em que a base está colocada na horizontal.

Figura 11 – Evolução da sombra no polo norte, no verão, visto de topo.

Figura 12 – Incidência dos raios solares no inverno e no verão.

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Para a nossa latitude, que varia entre 38° N e 42° N, o relógio tem de respeitar a seguinte inclinação:

A letra ϕ corresponde à latitude do lugar, enquanto α corresponde à co-latitude: � = 90° − �, o que

significa que o ângulo entre o gnómon e o chão é igual à latitude nesse local. A parte superior do relógio de

Sol equatorial é indicada para utilizar no verão e a parte inferior utiliza-se no inverno.

Figura 13 – Posição de relógios em diferentes latitudes.

Figura 14 – Pormenor da construção de relógio do Sol para as latitudes de Portugal.

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Referências bibliográficas

Falk, D. (2009), In Search of Time: The Science of a Curious Dimension. Canada: Emblem

Editions.

Estudo do Meio 3º ano (2012), Projetos Desafios, Lisboa: Santillana

Trampolim 4 (2006), Porto: Porto Editora

Ramos A., Ramos E., Bonifácio V. A astronomia enquanto actividade interdisciplinar e

interescolar - dois projectos experimentais. Em Isabel Malaquias e Vítor Amaral,

coordenadores, Física 2006 - Traçando o Futuro, 16º Encontro Ibérico para o Ensino da Física,

Aveiro.

http://www.cienciaviva.pt/equinocio/download/onde_estas.pdf

http://www.cienciaviva.pt/equinocio/download/lat-long.pdf

http://www.sundialsoc.org.uk/HDSW.php