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ROTEIRO DE ATIVIDADES PARA O ENSINO DE ÓPTICA
PARQUE DA CIÊNCIA DA UFVJM
Prof. Ms. Wallas Siqueira Jardim
Prof.ª Drª.Adriana Gomes Dickman
SUMÁRIO
1. ROTEIRO DE ATIVIDADES
2 APRESENTAÇÃO
3. PREPARANDO OS ESTUDANTES ANTES DA VISITA
4. ATIVIDADES A SEREM REALIZADAS APÓS A VISITA
1. ROTEIRO DE ATIVIDADES
1.1 Apresentação
Prezado Professor,
Apresentamos aqui um roteiro de atividades projetado para orientá-lo na
preparação dos estudantes às visitas aos espaços não formais, como nos
Museus de Ciências.
Este é dividido em dois momentos distintos, para que seja utilizado no
preparo dos alunos antes de conduzi-los a estes espaços, dando continuidade
no processo de ensino e aprendizagem, interligando sala de aula e museu.
Para a elaboração deste material, selecionamos o conteúdo de Óptica
geométrica e utilizamos o Parque da Ciência da UFVJM como referência.
Ao planejar uma visita a espaços extraescolares, percebemos a
necessidade em preparar os nossos estudantes antes das visitas e dar
continuidade no processo através de atividades contextualizadas como
propostas.
Além dos conteúdos básicos propostos pelos livros didáticos de física
para o ensino médio, com a utilização deste roteiro, você terá a oportunidade
de relacioná-los aos experimentos, fenômenos do dia a dia e desenvolvimento
de processos tecnológicos.
O roteiro foi elaborado de maneira a auxiliá-lo na sua prática pedagógica
que tem se tornado um desafio, devido às constantes mudanças e evoluções
tecnológicas sucedidas a nossa volta.
Os equipamentos escolhidos para a construção deste roteiro podem ser
encontrados em espaços como museus de ciências, em laboratórios de
ciências e até mesmo descritos como atividades nos livros didáticos.
Este roteiro dispõe de atividades e exercícios, cuja finalidade é analisar,
elucidar e até mesmo ampliar a teoria a ser apresentada e relacionada com os
equipamentos compartilhados durante a exposição.
Para auxiliá-lo na adequação deste roteiro para o ensino de outros
conteúdos, foi criado um catálogo dos equipamentos disponíveis no Parque da
Ciência da UFVJM, acompanhado com a descrição do seu funcionamento e a
relação com os conteúdos que são abordados em sala de aula.
Por fim, desejo a você professor, que desenvolva suas práticas
pedagógicas da melhor maneira possível, se tornando um profissional reflexivo
em suas ações e contribuindo de forma significativa para a formação dos
nossos estudantes.
Faça uso desta proposta com dedicação e entusiasmo.
Bom trabalho!
2. Preparando os estudantes antes da visita
Primeiro Momento: Construção dos Experimentos.
Propõe-se a construção de sete experimentos. Diante disso é sugerido
ao professor dividir a turma em sete grupos e propor a criação dos
experimentos. Estes serão apresentados em sala de aula pelos estudantes
após a conclusão da explicação dos conteúdos, de acordo com o planejamento
no quadro 01.
Experimento 01: Câmara escura de orifício
Conteúdo de Física: Propagação da luz
Objetivo: Conhecer os princípios da óptica geométrica, compreender a
propagação retilínea da luz e relacionar o ângulo visual com a distância do
observador ao objeto.
Descrição: A câmara escura é uma caixa de paredes opacas, existindo em
uma delas um pequeno orifício. Um objeto luminoso ou iluminado é colocado
na frente da câmara. O experimento mostra como a imagem é formada
comprovando que a luz propaga em linha reta. Também pode ser explorado o
comportamento da luz ao penetrar no olho humano, que se comporta como
uma câmara escura de orifício, e o orifício central se comporta como a pupila.
Quando a luz penetra nesta, chega à região oposta chamada de retina, onde a
imagem é formada.
Figura 1: Modelo de uma câmara escura de orifício
Fonte: Portal feira de ciências
Material Utilizado
01 caixa de sapato
01 pedaço de papel vegetal;
01 tesoura;
01 tubo de cola de papel;
01 vela;
Construção: Faça um furo no fundo da caixa. Recorte o papel vegetal com o
diâmetro de aproximadamente 1 cm maior do que o diâmetro da abertura da
caixa. Cole o papel vegetal na abertura, como na imagem acima.
Experimento 2: Feixe de laser sendo refletido por espelhos planos
Conteúdo de Física: Reflexão da luz
Objetivo: Analisar o fenômeno da reflexão regular da luz e enunciar as leis da
reflexão da luz.
Descrição: Através do feixe de luz emitido pelo laser, utilizar os espelhos como
anteparo, podendo observar o caminho percorrido pelo feixe a ser refletido.
Figura 2: Feixe de luz sendo refletido
Fonte: Dados da pesquisa
Material Utilizado:
3 espelhos planos;
Um laser;
Experimento 3: Ângulos entre dois espelhos planos.
Conteúdo de Física: Número de imagens formadas entre dois espelhos
planos.
Objetivo: Determinar o número de imagens geradas por um objeto entre dois
espelhos planos, que formam um ângulo qualquer entre si.
Material Utilizado:
Dois espelhos planos;
Suporte para os espelhos com base para espelho formando ângulos de
30°, 45°, 60° e 90°;
Um objeto pequeno.
Figura 3: Ângulos entre espelhos planos e o número de imagens
formadas
Fonte: Portal alunos online
Descrição: Quando um objeto é colocado em frente aos espelhos planos, o
estudante irá observar que diminuindo o ângulo entre os dois espelhos,
aumenta-se o número de imagens e quando estão dispostos paralelamente
formam-se infinitas imagens.
Experimento 04: Espelho Côncavo
Conteúdo de Física: Espelhos Esféricos
Objetivo: Construir um espelho côncavo, bem como observar como os raios de
luz se comportam quando são refletidos por ele.
Material Utilizado:
Garrafa Pet de 2 litros, ou qualquer outro objeto que possa fornecer um
anel com diâmetro semelhante;
Embalagem de salgadinhos “Elma Chips” ou uma embalagem de pó de
café;
Pente e lanterna;
Cola branca.
Construção:
Corte a garrafa transversalmente de modo a formar um anel (Figura 4).
Corte o anel ao meio de forma que visto de cima seja um semicírculo
(Figura 5).
Cole um pedaço da embalagem de salgadinho (com o mesmo tamanho
da parte da garrafa) na face côncava do "semicírculo", tendo cuidado
para que a face mais refletora da embalagem fique voltada para a
concavidade do "semicírculo", com a finalidade de se formar um espelho
côncavo. A face mais refletora da embalagem é o lado de dentro.
Ilumine, com a lanterna, a superfície na qual será realizada a
experiência, fazendo com que o feixe de luz gerado pela lanterna fique
quase paralelo à superfície.
Coloque o pente na frente deste fixo na posição vertical.
A luz gerada pela lanterna foi dividida em pequenos feixes.
Colocando o espelho côncavo na frente desses feixes, é possível
observar a reflexão destes em direção ao foco do espelho.
Figura 04: Corte da garrafa
Fonte: Portal da Unesp
Figura 05: Esquema geral da montagem
Fonte: Portal da Unesp
Descrição: Um pente e uma lanterna são utilizados para formar feixes
luminosos paralelos. Ao interceptar os feixes com um espelho côncavo,
observa-se que os raios luminosos são refletidos por ele, passando por um
ponto que é a metade do seu raio, ou seja, o foco.
Experimento 5: Refração
Conteúdo de Física: Refração
Objetivo: Observar os efeitos da refração da luz
Material utilizado:
Uma xícara lisa e transparente;
Uma moeda;
Água.
Figura 06: Ilustração da moeda dentro da xícara
Fonte: Portal brasil escola
Descrição: Colocar no fundo da xícara a moeda, posicionando-a de modo que
a borda da xícara tampe completamente a moeda. Sem mover a cabeça, vá
enchendo a xícara de água. Em determinado momento você passará a ver a
moeda que antes estava escondida. Olhando o esquema da figura 06, observa-
se que os raios de luz que partem da moeda podem chegar ao olho do
observador quando a xícara está cheia de água. A luz sofre refração ao sair
para o ar. Quando a xícara estiver vazia, os raios de luz que partem da moeda
não conseguem chegar ao observador naquela posição.
Experimento 6: Lente d’água
Conteúdo de Física: Refração e Lentes esféricas
Objetivo: Construir uma lente de aumento.
Material utilizado:
01 Arame de aço fino;
Um lápis;
Água.
Construção:
Enrole e torça o arame em volta do lápis para formar uma argola;
Mergulhe a argola na água, de modo que uma gota fique presa à argola.
Figura 07: Método utilizado para dobrar o arame
Fonte: Portal da Unesp
Descrição: Faz-se uma argola de arame e mergulhe-a em água. A tensão
superficial da água - propriedade que as moléculas de água têm de se
manterem unidas, faz com que a gota fique presa de forma abaulada na argola
de arame, formando uma lente biconvexa e, portanto, convergente. Quando se
aproxima a lente de algo e se olha através dela, observa-se que esta aumenta
a imagem, ou seja, funciona como uma lente de aumento.
Experimento 07: Lente convergente
Conteúdo de Física: Olho humano e lente convergente
Objetivo: Construir um sistema em que é possível observar a trajetória de um
raio sendo refratado por uma lente convergente.
Material Utilizado:
Fio elétrico;
Bocal de lâmpada;
Plug elétrico;
Lâmpada de 60 Watts do tipo cristal;
Caixa de sapatos;
Garrafa plástica de refrigerante de 500 ml;
Régua Molegata;
Cartolina;
Adesivo plástico para PVC (cola de cano);
Duratex.
Construção:
Corte uma fatia da garrafa na parte mais lisa, onde fica o rótulo, com
aproximadamente três centímetros de largura;
Corte a fatia ao meio, transversalmente, de modo que vista de cima,
tenha a forma de um semicírculo;
Cole as duas extremidades da tira na régua e depois cole na madeira de
30 x 80 cm;
Corte um retângulo da caixa de sapatos a partir da borda (ver figura 08);
Cole um pedaço de cartolina no lugar do retângulo retirado (Ver figura
09);
Faça apenas um corte na cartolina, com tesoura, de fora para dentro da
caixa.
Monte o circuito que irá acender a lâmpada (fio, plug e bocal);
Coloque a lâmpada sobre a madeira e tape-a com a caixa. A luz emitida
pela caixa será reduzida a um feixe fino que passa através do corte feito
na cartolina colada, onde foi retirado um retângulo da caixa;
Coloque água dentro da caixa feita com a régua e a garrafa e direcione
a ela o feixe emitido pela caixa.
Figura 08: Caixa sendo cortada
Fonte: Portal da Unesp
Figura 09: Inserindo o corte da cartolina na caixa
Fonte: Portal da Unesp
Figura 10: Esquema geral da montagem
Fonte: Portal da Unesp
Descrição: A caixa de sapatos com a lâmpada dentro é arranjada de modo
que saia dela um feixe fino de luz. O feixe, ao atravessar uma lente
convergente feita com uma régua e um pedaço de uma garrafa de refrigerante
cheia de água, é refratado. Mudando-se a posição de incidência do raio sobre a
lente, observa-se que eles convergem depois de passar pela lente, ou seja,
tendem a se encontrar.
Segundo Momento: Explicação dos conteúdos
Neste momento sugere-se ao professor que apresente aos alunos os
conceitos da Óptica geométrica.
No quadro 1, elaborou-se um planejamento de como pode-se relacionar
os conteúdos com as atividades experimentais.
Quadro 1: Sugestão para o Planejamento das aulas
Conteúdo
Número de
aulas
Abordagens
Atividade
Experimental
Propagação retilínea
da luz
01
Discuta os tipos de fontes
de luz;
Discuta os fenômenos da
propagação retilínea.
Grupo 01: Propor ao
grupo que apresente a
atividade experimental
1.
Reflexão da Luz
02
Apresente as Leis da
Reflexão;
Exemplifique com
situações do cotidiano;
Conceitue raio de luz
incidente e reflexão.
Grupo 02: Propor ao
grupo que apresente a
atividade experimental
2.
Espelho Plano
01
Demonstre a formação
das imagens virtuais no
espelho plano.
Grupo 03: Propor ao
grupo apresentar a
atividade experimental
3.
Diferencie o espelho
côncavo e o convexo.
Grupo 04: Propor ao
Espelhos esféricos
02
Discuta os casos de
formação gráfica de
imagens;
Apresente as equações
matemáticas.
grupo apresentar a
atividade experimental
4.
Conteúdo
Número de
aulas
Abordagens
Atividade
Experimental
Refração da Luz
02
Explique o que é refração
diferenciando da reflexão;
Apresente as leis da
refração;
Apresente os fenômenos
da reflexão total e da
dispersão.
Grupo 05: Propor ao
grupo apresentar a
atividade experimental
5.
Lentes esféricas
02
Diferencie lentes
convergentes e
divergentes;
Defina os elementos
geométricos de uma lente;
Discuta a formação de
imagens nas lentes
convergentes e
divergentes.
Grupo 06: Propor ao
grupo apresentar a
atividade experimental
6.
Instrumentos ópticos e
olho humano
02
Discuta as funções de
como as imagens são
formadas nos diversos
instrumentos ópticos;
Discuta o olho humano e
os problemas da visão.
Grupo 07: Propor ao
grupo apresentar a
atividade experimental
7.
Fonte: Elaborado pelo autor
3 Atividades a serem realizadas após a visita
As atividades foram elaboradas, de modo que os conceitos que
envolvem os fundamentos da Óptica geométrica, tais como a reflexão da luz e
os espelhos planos, a refração da luz e o olho humano possam ser explorados.
Para realizar tais atividades, será necessário que os estudantes tenham
desenvolvido os experimentos propostos no item 1. deste roteiro.
Atividade 01.
Conteúdos de Física: Fundamentos da óptica geométrica, Propagação
retilínea da luz, reflexão da luz e espelhos planos.
Desenvolvimento:
Dividir os grupos para discussão sobre os experimentos: Câmara escura
de orifício e feixe de luz refletido, que foram construídos e apresentados em
sala de aula, pelos grupos 1 e 2, e a caixa de levitação, observada durante a
visita no Parque da Ciência, propondo a realização de atividades em grupos
para discussão, e posteriormente, apresentar as conclusões à turma.
Questão 01. Observe a figura 11, que representa a câmara escura de orifício,
observe-a para responder a questão.
Figura 11: Experimento Câmara Escura de Orifício
Fonte: Portal feira de ciências
a) A imagem formada é direita ou invertida? Justifique.
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Compare o tamanho da imagem com o objeto, movimente o objeto e
descreva as suas conclusões sobre o que ocorre com a imagem quando
a posição do objeto é variada.
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b) Utilizando uma régua para calcular a distância do objeto em relação ao
anteparo e ao orifício e para medir o tamanho do objeto, calcule qual
será o tamanho da imagem através da equação da câmara escura.
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Questão 02. A figura abaixo, que representa o experimento do Feixe de Luz
sendo refletido. Após analisar o experimento feixe de luz, descreva o que
ocorre com a trajetória do feixe, quando é refletido relacionando às leis da
reflexão da luz.
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Figura 12: Experimento Feixe de luz sendo refletido
Fonte: Dados da pesquisa
As questões 03; 04 e 05 referem-se ao experimento “Caixa de levitação do
Parque da Ciência”, representado na figura 13.
Questão 03. Durante a visita ao Parque da Ciência, observou-se, que a caixa
de levitação constitui-se, de apenas um espelho plano posicionado na diagonal
da mesma. Explique, baseando-se, na formação das imagens nos espelhos
planos, por que o colega de classe parecia estar levitando, mesmo por
apresentar apenas a perna esquerda suspensa.
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Figura 13: Caixa de levitação do Parque da Ciência
Fonte: Dados da pesquisa
Questão 04. De as características do tipo de imagem da perna do colega
formada no espelho.
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Questão 05. Sabendo que a perna do colega estava 15 cm distante do
espelho, analise:
a) a distância que a imagem da perna estava do espelho;
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b) a distância que a perna estava da sua imagem.
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Questão 06. Relacione os experimentos: Câmara escura, Feixe de um laser e
a caixa de levitação, com a propagação retilínea da luz.
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Questão 07. Observe a tirinha e responda.
Figura 14: Tirinha de humor
Fonte: http://fisicaantoniovaladares.blogspot.com.br
a) Analisando a tirinha de humor do Zé Lelé, percebe-se que ilustra uma
situação frequente em nosso cotidiano de nos observar no espelho.
Pense um pouco e apresente uma explicação para a formação de
imagens nos espelhos planos.
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b) Observando a imagem de Chico Bento, percebe-se que o seu rosto
não aparece inteiro no espelho, discuta com seus colegas, se é
possível através de um espelho menor que o nosso tamanho
obtermos uma imagem inteira do nosso corpo no espelho.
Considerações:
Após a apresentação e discussão dos grupos, o professor poderá
formalizar a explicação dos conteúdos referentes à propagação retilínea da luz
e formação de imagens nos espelhos planos.
Espera-se que os estudantes consigam associar o que está sendo
ensinado com todos os experimentos.
Exercícios para aprofundamento
O professor poderá propor a resolução destes exercícios, que servirão
como aprofundamento dos assuntos abordados.
01. (FATEC) Um objeto y de comprimento 4,0 cm projeta uma imagem y' em
uma câmara escura de orifício, como indicado na figura.
O comprimento de y' é, em centímetros, igual a:
a) 2,5
b) 2,0
c) 1,8
d) 1,6
e) 0,4
02. (UFMG) Marília e Dirceu estão em uma praça iluminada por uma única
lâmpada. Assinale a alternativa em que estão CORRETAMENTE
representados os feixes de luz que permitem a Dirceu ver Marília.
03. O esquema representa o alinhamento do Sol, da Terra e da Lua no
momento de um eclipse.
Neste instante, uma pessoa situada no ponto A observará um eclipse:
a) parcial da Lua.
b) total da Lua.
c) parcial do Sol.
d) total do Sol.
04. (Mackenzie) Certa pessoa possui um espelho plano retangular, de 90 cm
de altura. Quando ela fica em pé diante do espelho, disposto
verticalmente e convenientemente posicionado, consegue ver sua
imagem de corpo inteiro. Nessas condições, pode-se afirmar que a
referida pessoa tem uma altura máxima de:
a) 1,80m
b) 1,70m
c) 1,67m
d) 1,53m
05. (PUC-PR) Pedro, que utiliza seu relógio na mão esquerda, coloca-se a
três metros de um espelho plano. O garoto levanta a mão esquerda.
Analise as afirmações a seguir:
I - Pedro vê sua imagem a seis metros de si.
II - A imagem é invertida, isto é, está com os pés para cima.
III - A imagem levanta a mão que não possui relógio.
IV - A imagem tem a mesma altura do garoto.
Assinale a única alternativa correta:
a) I e III.
b) II e IV.
c) I.
d) I e IV.
Atividade 02.
Conteúdos de Física: Associação de espelhos planos.
Desenvolvimento: Dividir os grupos para discussão sobre os experimentos:
Ângulos entre dois espelhos plano, construído e apresentado pelo grupo 3 e os
experimentos: Caixa misteriosa, espelho infinito, caleidoscópio gigante,
caleidosfera e periscópio que foram observados durante a visita no Parque da
Ciência, propondo a realização de atividades em grupos para discussão, e
posteriormente, apresentar as conclusões à turma.
Questão 01. Observe a figura 15, que representa o experimento do grupo 3:
ângulos entre os espelhos planos.
Figura 15: Experimento ângulos entre espelhos planos e o número de
imagens formadas
Fonte: Portal alunos online
Ao analisar o experimento ângulos entre os espelhos, prenda os espelhos com
fita durex e coloque a união no centro do transferidor, coloque os espelhos
formando diferentes ângulos e conte as imagens formadas, em seguida
coloque os espelhos em paralelo e conte o número de imagens, preencha a
tabela abaixo e responda as questões.
Tabela 1: ângulos e imagens
Ângulo Imagens
30º
45º
60º
90º
120º
180º
Fonte: Elaborado pelo autor
a) Observe o resultado encontrado e experimente deduzir a equação de
formação de imagens;
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b) Por que essa lei não serve para espelhos paralelos?
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c) Faça uma conclusão dos resultados encontrados.
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Questão 02. A figura 16 representa o espelho infinito do Parque da Ciência.
Compare o efeito observado com o experimento ângulo entre dois espelhos, da
questão anterior, estabelecendo relação entre ambos.
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Figura 16: Espelho infinito do Parque da Ciência
Fonte: Dados da pesquisa
Questão 03. Observe a figura 17, que representa o periscópio observado no
Parque da ciência.
Figura 17: Periscópio do Parque da Ciência
Fonte: Dados da pesquisa
a) Descreva como funciona o periscópio observado no Parque da
Ciência.
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b) Descreva como foi possível durante a visita ao Parque da ciência
visualizar o seu colega no mesmo depois de tapar com o obstáculo
do experimento.
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Questão 03. Observe a caixa misteriosa do Parque da Ciência, representada
na figura 18. Discuta com seus colegas o seu funcionamento, destacando a
disposição dos espelhos planos e o feixe de luz emitido.
Figura 18: Caixa misteriosa do Parque da Ciência
Fonte: Dados da pesquisa
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Questão 04. Descreva como foi possível obter uma imagem esférica no
caleidosfera observado no Parque da Ciência, que está representado na figura
19, destacando a disposição dos espelhos planos.
Figura 19: Caleidosfera do Parque da Ciência
Fonte: Dados da pesquisa
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Questão 05. Ao observar as imagens formadas no caleidoscópio do Parque da
Ciência, representado na figura 20. Discuta com seus colegas como foi
possível obter as diversas imagens coloridas apenas ao girá-lo. Descreva como
ele é formado e como os espelhos planos devem ser conjugados de modo a
obter a simetria entre as imagens.
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Figura 20: Caleidoscópio gigante do Parque da Ciência
Fonte: Dados da pesquisa
Questão 06. Relacione os experimentos abordados com a formação e
Associação de imagens nos espelhos planos.
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Questão 07. Após analisar a tirinha de humor da figura 21, elabore um
comentário de acordo com a formação da imagem em espelhos planos, sobre o
diálogo dos personagens.
Figura 21: Tirinhas de humor, Menino Maluquinho
Fonte: http://fisicaantoniovaladares.blogspot.com.br
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Considerações:
Após a apresentação e discussão dos grupos, o professor poderá
formalizar a explicação dos conteúdos, bem como a utilização da equação para
calcular o número de imagens que podem ser encontradas em relação ao
ângulo entre os espelhos.
Espera-se que os estudantes consigam associar o que está sendo
ensinado com o experimento visto durante a visita ao Parque da Ciência.
Exercícios para aprofundamento
Propor aos estudantes a resolução destes exercícios que servirão como
aprofundamento dos conteúdos abordados.
01. (PUC) O estudo da luz e dos fenômenos luminosos sempre atraiu os
pensadores desde a antiga Grécia. Muitas são as aplicações dos espelhos
e lentes, objetos construídos a partir dos estudos realizados em Óptica. A
figura representa um periscópio, instrumento que permite a observação de
objetos mesmo que existam obstáculos opacos entre o observador e uma
região ou objeto que se deseja observar. Considere que, nesse periscópio,
E1 e E2 são espelhos planos. A respeito do periscópio e dos fenômenos
luminosos que a ele podem ser associados são feitas as afirmativas:
I. A colocação de espelhos planos, como indicada na figura, permite que
a luz proveniente da árvore atinja o observador comprovando o
princípio da propagação retilínea da luz.
II. O ângulo de incidência do raio de luz no espelho E1 é congruente ao
ângulo de reflexão nesse mesmo espelho.
III. Como os espelhos E1 e E2 foram colocados em posições paralelas, os
ângulos de incidência do raio de luz no espelho E1 e de reflexão no
espelho E2 são congruentes entre si. Dessas afirmativas está correto
apenas o que se lê em:
a) I e II
b) I e III
c) II e III
d) I, II e III
02. (UERJ) Uma garota, para observar seu penteado, coloca-se em frente a
um espelho plano de parede, situado a 40 cm de uma flor presa na parte
de trás dos seus cabelos. Buscando uma visão melhor do arranjo da flor no
cabelo, ela segura, com uma das mãos, um pequeno espelho plano atrás
da cabeça, a 15 cm da flor. Calcule a menor distância entre a flor e sua
imagem, vista pela garota no espelho de parede.
03. (FAAP-SP) Com Três bailarinas colocadas entre dois espelhos planos
fixos, um diretor de cinema consegue uma cena, onde são vistas, no
máximo, 24 bailarinas. O ângulo entre os espelhos vale:
a) 10º
b) 25º
c) 30º
d) 45º
Atividade 03.
Conteúdos de Física: Espelhos esféricos
Desenvolvimento: Dividir os grupos para discussão sobre os experimentos:
Espelho côncavo, construído e apresentado pelo grupo 4, o experimento Erre
se Puder observado durante a visita no Parque da Ciência, propondo a
realização de atividades em grupos para discussão, e posteriormente,
apresentar as conclusões à turma.
Questão 01. No experimento representado na figura 22, Erre se puder, ao
soltar a bolinha, em qualquer uma das calhas que estão dispostas sobre o
suporte, percebeu-se que ela sempre atingiu o ponto que estava marcado.
Defina este ponto, explique a função deste para a formação das imagens nos
espelhos esféricos.
Figura 22: Erre se puder do Parque da Ciência
Fonte: Dados da pesquisa
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Questão 02: O experimento construído pelo grupo 04, representado na figura
23, mostra os feixes de luz emitidos pela lanterna sendo refletidos em diversas
posições, e se convergindo em um único ponto. Relacione este fenômeno com
o que ocorreu no experimento Erre se puder visto no Parque da Ciência. Defina
este ponto.
Figura 23: Experimento espelho esférico
Fonte: Portal Unesp
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Questão 03: O Cientista e inventor grego Arquimedes viveu no século III a. C.,
na cidade de Siracusa na Sicília. Conta-se que ele incendiou uma esquadra
romana, usando espelhos côncavos para concentrar os raios solares sobre os
navios.
Figura 24: Espelho Côncavo de Arquimedes
Fonte: http://profcopini.blogspot.com.br
a) De acordo com o acontecimento histórico, Arquimedes utilizou espelhos
côncavos para queimar os navios. Explique o que aconteceria se ele
utilizasse espelhos convexos.
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b) Relacione o acontecimento histórico com os experimentos: Espelho
côncavo e Erre se puder.
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Considerações:
Após a apresentação e discussão dos grupos, o professor poderá
formalizar explicação dos conteúdos, bem como reconhecer a distância focal
em um espelho esférico, o formalismo matemático e a mudança de posição do
objeto e a formação da imagem em relação a distância focal.
Espera-se que os estudantes consigam associar o que está sendo
ensinado com o experimento visto durante a visita ao Parque da Ciência.
Exercícios para aprofundamento
O professor poderá propor as estudantes que resolvam os exercícios
propostos que servirão como aprofundamento nos conteúdos abordados.
01. (UFV-MG) O espelho do farol do automóvel é côncavo. Além disso, o farol
do automóvel tem um refletor constituído por um espelho esférico e um
filamento de pequenas dimensões que pode emitir luz, onde o filamento
está no foco do espelho para aumentar o campo de visão. Um farol de
automóvel consiste em um filamento luminoso colocado entre dois
espelhos esféricos côncavos de mesmo eixo, voltados um para o outro e
de tamanhos diferentes, de modo que todos os raios oriundos do filamento
se refletem no espelho maior e se projetam paralelos, conforme a figura:
A posição correta no filamento é:
a) no centro de curvatura do espelho menor e no foco do espelho maior.
b) no vértice do espelho menor e no centro de curvatura do espelho maior.
c) no foco de ambos os espelhos.
d) no centro de curvatura de ambos os espelhos.
e) no foco do espelho menor e no centro de curvatura do espelho maior.
02. (UFF-RJ) A figura mostra um objeto e sua imagem produzida por um
espelho esférico.
Escolha a opção que identifica corretamente o tipo do espelho que produziu
a imagem e a posição do objeto em relação a esse espelho.
a) O espelho é convexo, e o objeto está a uma distância maior que o raio
do espelho.
b) O espelho é côncavo, e o objeto está posicionado entre o foco e o
vértice do espelho.
c) O espelho é côncavo, e o objeto esta posicionado a uma distância maior
que o raio do espelho.
d) O espelho é côncavo, e o objeto esta posicionado entre o centro e o foco
do espelho.
e) O espelho é convexo, e o objeto está posicionado a uma distância
menor que o raio do espelho.
03. (UFPB) Com relação a uma experiência envolvendo espelhos curvos, em
um determinado laboratório, considere as afirmativas abaixo:
I. A imagem de um objeto, colocado na frente de um espelho convexo,
é sempre virtual.
II. A imagem de um objeto, colocado na frente de um espelho côncavo, é
sempre real.
III. A distância focal é sempre igual ao raio do espelho.
IV. A imagem de um objeto, projetada em um anteparo, é sempre real.
Estão corretas apenas:
a) III e IV
b) II e IV
c) I e IV
d) II e III
e) I e II
04. (UFTM-MG) Uma estudante, em sua casa, observa um vaso de vidro
transparente esférico vazio e, nele, vê duas imagens da mesma janela,
localizada a frente do vaso. Isso ocorre porque as superfícies do vaso
funcionam como espelhos esféricos. A externa, mais próxima da janela
equivale a um espelho convexo, a interna, mais afastada equivale a um
espelho côncavo. Pode se afirmar que essas imagens estão localizadas
a) fora do vaso e são, ambas, direitas.
b) fora do vaso e são, ambas, invertidas.
c) dentro do vaso e são, ambas direitas.
d) dentro do vaso e são, ambas invertidas.
e) dentro do vaso, uma é direita e a outra invertida.
05. (Enem-simulado) A energia solar, cada vez mais, vem sendo utilizada para
substituir a energia obtida pela queima de combustíveis fósseis. Uma de
suas aplicações está no uso de concentradores solares, dispositivos
utilizados para o aquecimento de água e de óleo que posteriormente podem
ser aproveitados para diversas finalidades. Um concentrador solar típico
capta a energia solar que incide em um espelho cilíndrico côncavo e a
concentra sobre um cano, no qual há água e óleo. Considere que tal
espelho seja esférico. Na figura abaixo, observe que a energia solar que
atinge o concentrador é refletida pelo espelho e se dirige para o cano
absorvedor, por onde passam a água ou o óleo a serem aquecidos.
Preocupada com o aquecimento global, a diretoria de um grande clube
esportivo decidiu instalar concentradores solares para aquecer a água de suas
piscinas. Os projetos apresentados ofereciam duas alternativas:
1. Espelhos concentradores com vários painéis, totalizando 50 m de
comprimento, possuindo distância focal de 2,0 m e canos transportadores
de água com 1,0 cm de diâmetro;
2. Espelhos concentradores com vários painéis, totalizando 50 m de
comprimento, possuindo distância focal de 4,0 m e canos transportadores
de água com 1,0 cm de diâmetro.
Considere que a distância do Sol a Terra seja 200 vezes o diâmetro do Sol,
que a vazão de água pelos canos seja sempre constante e que os
concentradores têm eficiência de 100%. Nas duas propostas apresentadas, há
um dispositivo para girar o concentrador, de modo que a energia solar sempre
chegue aos espelhos na direção do eixo principal, e os concentradores têm a
mesma seção reta retangular, isto é, eles recebem a mesma quantidade de
energia solar a cada instante. Com o objetivo de conseguir o melhor
aproveitamento da energia solar, de modo que a água seja aquecida o mais
rapidamente possível, a diretoria do clube deve optar
a) pela alternativa 1 e exigir que o cano absorvedor fique a 1,0 m da linha
central do concentrador.
b) pela alternativa 1 e exigir que o cano absorvedor fique a 2,0 m da linha
central do concentrador.
c) pela alternativa 2 e exigir que o cano absorvedor fique a 1,0 m da linha
central
do concentrador.
d) pela alternativa 2 e exigir que o cano absorvedor fique a 2,0 m da linha
central
do concentrador.
e) por qualquer das alternativas, desde que o cano absorvedor fique a 1,0
m e a 2,0 da linha central do concentrador, respectivamente, nas
propostas 1 e 2.
Atividade 04.
Conteúdos de Física: Refração da luz, Lentes esféricas e olho humano.
Desenvolvimento: Dividir os grupos para discussão sobre os experimentos:
Refração apresentado pelos grupos 5; 6 e 7, Desafio óptico e Olho humano
observados durante a visita no Parque da Ciência. Propondo-os realizar as
atividades em grupo para discussão, e posteriormente, apresentar as
conclusões à turma.
Questão 01. O experimento refração, apresentado pelo grupo 05 e
representado na figura 25, mostrou que a moeda colocada no fundo da xícara
apresentava posições diferentes, nas situações em que a xícara estava vazia
e quando continha água. Observe e responda:
Figura 25: Experimento refração
Fonte: Portal brasil escola
a) Descreva o que ocorre com a velocidade da luz quando passa do ar
para a água, justificando o motivo de a moeda ser vista de forma
diferente quando imersa dentro da água.
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b) De acordo com o fenômeno observado, analise as informações abaixo,
que enunciam as Leis da refração, corrigindo-as se necessário.
1ª Lei: “O raio incidente I, o raio refletido R e a reta normal à superfície
de separação S pertencem a planos diferentes”.
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2ª Lei ou Lei de Snell-Descartes: “Para cada par de meios e para cada
luz monocromática que se refrata, é constante o produto do seno do
ângulo que o raio forma com a superfície e o índice de refração do meio
em que se encontra”
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Questão 02. No experimento “Desafio óptico” do Parque da Ciência,
representado na figura 26.
Figura 26: Desafio óptico do Parque da Ciência
Fonte: Parque da Ciência da UFVJM
Percebe-se que as palavras aparecem invertidas, sendo que algumas
poderiam ser lidas mesmo que invertidas, devido a serem formadas por letras
verticalmente simétricas. Discuta com seus colegas, sobre qual o tipo de lente
explica o funcionamento do tubo de acrílico.
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Questão 03. O experimento lente d’água apresentado pelo grupo 06,
representado na figura 27, é formado apenas por uma haste e um arame
imerso na água, funcionou como uma lente convergente.
Figura 27: Experimento Lente d’água
Fonte: Portal da Unesp
a) Explique como foi possível visualizar a imagem aumentada através da
água, baseando-se na refração da Luz.
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b) Esta lente funciona como convergente ou divergente? Justifique.
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c) Reveja o comportamento óptico da lente convergente e divergente
preenchendo a tabela 2 abaixo.
Tabela 2: Lentes esféricas 1
Lente Bordas delgadas Bordas espessas
Convergente n lente ___nmeio n lente ___nmeio
Divergente n lente ___nmeio n lente ___nmeio
Fonte: Elaborado pelo autor
d) Defina os termos ou conceitos a seguir:
foco principal objeto - foco principal imagem – imagem direita –
imagem invertida.
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e) Reveja o uso do referencial de Gauss completando a tabela 3 a seguir.
Tabela 3: Lentes esféricas 2
Lente Distância focal Vergência
Convergente
Divergente
Fonte: Elaborado pelo autor
Questão 04. A figura 28 representa no experimento Lente convergente
apresentado pelo grupo 07.
O feixe de luz ao atravessar a lente convergente refratou-se. Observa-se que
eles convergem depois de passar pela lente, ou seja, tendem a se encontrar.
Explique o motivo do feixe de luz ser desviado ao atravessar a parte da
garrafa e relacione com o experimento lente d’água apresentado pelo grupo 6.
Figura 28: Experimento lente convergente
Fonte: Portal da Unesp
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Questão 05. O equipamento do Parque da Ciência, representado na figura 29,
simula o funcionamento de um olho humano. Discuta com seus colegas de
grupo o tipo da lente utilizada no mesmo e as características da imagem
formada.
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Figura 29: Olho humano do Parque da Ciência
Fonte: Dados da pesquisa
Questão 06. O experimento Câmara escura, apresentado pelo grupo 01, foi
utilizado para mostrar a propagação retilínea da luz, o mesmo pode ser
explorado para analisar o comportamento da luz ao penetrar o olho humano.
Faça uma relação do funcionamento do experimento com o olho humano.
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Questão 07. O cristalino do nosso olho funciona como uma lente esférica?
Discuta com seus colegas a função do nosso olho e a formação da imagem na
retina.
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Questão 08. Relacione os experimentos construídos pelos grupos 01, 06 e 07
com o experimento “Olho humano” observado no Parque da Ciência.
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Questão 09. Defina os termos ou conceitos a seguir.
Acomodação visual – ponto remoto – ponto próximo
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Questão 10. Discuta com seus colegas e preencha as tabelas 04 e 05 abaixo.
Tabela 4: Olho humano
O objeto em relação ao olho
Distância do Objeto Aproxima Afasta
Foco Diminui
Vergência
Cristalino Mais convergente (mais curvo)
Fonte: Elaborado pelo autor
Tabela 05: Problemas de visão
Doença Problema Correção
Miopia Imagem se forma antes da retina
Hipermetropia
Presbiopia
Astigmatismo
Fonte: Elaborado pelo autor.
Questão 11. Leia a tirinha da figura 30, identifique as propriedades da lente e
descreva a relação entre a fala do personagem com o que você entende sobre
o princípio de propagação da luz nas lentes esféricas com a distância focal.
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Figura 30: Tirinha de humor, lentes esféricas.
Fonte: http://fisicaantoniovaladares.blogspot.com.br
Considerações:
Após a apresentação e discussão dos grupos, o professor poderá relacionar
esta atividade com os conteúdos abordados, sempre relacionando a refração
com a formação das imagens no olho humano, a fim de que os estudantes
consigam associar o que está sendo ensinado com o experimento visto durante
a visita ao Parque da Ciência.
Exercícios para aprofundamento
Propor a resolução dos exercícios que servirão como aprofundamento
nos conteúdos abordados.
01. (UNIFE-SP) Um raio de luz monocromática provém de um meio mais
refringente e incide na superfície de separação com o outro meio menos
refringente. Sendo ambos os meios transparentes, pode-se afirmar que
esse raio:
a) dependendo do ângulo de incidência, sempre sofre refração, mas pode
sofrer reflexão.
b) dependendo do ângulo de incidência, sempre sofre reflexão, mas pode
sofrer refração.
c) qualquer que seja o ângulo de incidência, só pode sofrer refração,
nunca reflexão.
d) qualquer que seja o ângulo de incidência, só pode sofrer reflexão,
nunca refração.
e) qualquer que seja o ângulo de incidência, sempre sofre refração e
reflexão.
02. (UFSC) A mãe zelosa de um candidato, preocupada com o nervosismo do
filho antes do vestibular, prepara uma receita caseira de "água com
açúcar" para acalmá-lo. Sem querer, a mãe faz o filho relembrar alguns
conceitos relacionados à luz, quando o mesmo observa a colher no copo
com água, como mostrado na figura a seguir.
Sobre o fenômeno apresentado na figura acima, é CORRETO afirmar que:
(01) a luz tem um comportamento somente de partícula.
(02) a velocidade da luz independe do meio em que se propaga.
(04) a colher parece quebrada, pois a direção da propagação da luz muda
ao se propagar do ar para a água.
(08) a velocidade da luz na água e no ar é a mesma.
(16) a luz é refratada ao se propagar do ar para a água.
Soma _____
03. (UFMG) Rafael, fotógrafo lambe-lambe, possui uma câmara fotográfica
que consiste em uma caixa com um orifício, onde é colocada uma lente.
Dentro da caixa, há um filme fotográfico posicionado a uma distância ajustável
em relação à lente. Essa câmara está representada, esquematicamente, na
figura que se segue.
Para produzir a imagem nítida de um objeto muito distante, o filme deve ser
colocado na posição indicada, pela linha tracejada. No entanto, Rafael deseja
fotografar uma vela que está próxima a essa câmara. Para obter uma imagem
nítida, ele, então, move o filme em relação à posição acima descrita. Assinale
a alternativa cujo diagrama melhor representa a posição do filme e a imagem
da vela que é projetada nele.
04. (UFPEL-RS) O olho humano é um sofisticado sistema óptico que pode
sofrer pequenas variações na sua estrutura, ocasionando os defeitos da visão.
Com base em seus conhecimentos, MARQUE as alternativas corretas
justificando cada uma delas.
I. No olho míope, a imagem nítida se forma atrás da retina, e esse defeito
da visão é corrigido usando uma lente divergente.
II. No olho com hipermetropia, a imagem nítida se forma atrás da retina, e
esse defeito da visão é corrigido usando uma lente convergente.
III. No olho com astigmatismo, que consiste na perda da focalização em
determinadas direções, a sua correção é feita com lentes cilíndricas.
IV. No olho com presbiopia, ocorre uma dificuldade de acomodação do
cristalino, e esse defeito da visão é corrigido mediante o uso de uma
lente divergente.
05. (PUC-SP) Certo professor de física deseja ensinar a identificar três tipos
de defeitos visuais apenas observando a imagem formada através dos óculos
de seus alunos, que estão na fase da adolescência. Ao observar um objeto
através do primeiro par de óculos, a imagem aparece diminuída. O mesmo
objeto observado pelo segundo par de óculos parece aumentado e apenas o
terceiro par de óculos distorce as linhas quando girado.
Através da análise das imagens produzidas por esses óculos podemos
concluir que seus donos possuem, respectivamente:
a) Miopia, astigmatismo e hipermetropia.
b) Astigmatismo, miopia e hipermetropia.
c) Hipermetropia, miopia e astigmatismo.
d) Hipermetropia, astigmatismo e miopia.
e) Miopia, hipermetropia e astigmatismo.
