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F13 ‐ Termôm et rofev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Info rm ações Adicio n ais

Física

STEM Brasil

www.worldfund.org F13 - Termômetro

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

Medidas de temperatura são impor-tantes em aplicações tecnológicas eno dia a dia das pessoas.

Em determinado momento, noséculo 19 havia 42 escalas de tem-peratura. Podemos criar nossas pró-prias escalas de temperatura.

Construir uma escala pessoal de medida detemperatura.

Cada grupo de alunos deve construir umtermômetro simples e calibrá-lo em confronto comum termômetro convencional, criando uma escalaprópria de medida da temperatura. Para tantodeverão ser seguidas as orientações de montagemfornecidas pelo professor.Em um frasco com tampa rosqueada (pode ser umagarrafa PET pequena), fazer um furo na tampa einserir um canudo rígido vedando a região decontato. Colocar no frasco 80 mL de água, corantee 80 mL de álcool absoluto. Colocar a tampa emarcar o nível na temperatura ambiente.Colocar o conjunto em água aquecida (40ºC), embanho-maria, e fazer uma nova marca. Dividir asdistâncias entre as marcas de 10 em 10, criando umnome para a nova escala. As equipes devemtrabalhar com os dados para obter a nova escala detemperatura, comparando e discutindo com asutilizadas pelos cientistas.

Variação de temperatura entre 1957 e 2006 - Crédito: NASA

© Copyright

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Profissões EnvolvidasEngenheiros mecânicos, engenhei-ros químicos, técnicos de labora-tório.

F13 ‐ Termôm et roHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: 1 3F - Termômetro

Descrição da Atividade

Avaliação

Tempo

Nessa atividade os alunos irão montar o termômetroconforme instruções, calibrá-lo em comparação comum termômetro convencional e criar uma escalaprópria de temperatura a ser batizada com o nomedo autor. Ao final, eles também criarão uma fórmulapara conversão desta nova escala para a escalaCelsius.

Procedim ent osCo nt eúdos

Equipa m ent os

Objetivos- Compreender que a escala de temperatura éestabelecida arbitrariamente conforme aconveniência das circunstâncias.- Entender que a temperatura é uma medida indiretado grau de agitação molecular.- Montar um termômetro simples.- Calibrar o termômetro construído.- Elaborar a fórmula de conversão para a escalaCelsius.

02 aulas.

Relatório incluindo pesquisa sobreescalas de temperatura.

- Temperatura.- Escalas de Temperatura.

Aquecedor, béquer 1000 mL, águadestilada,álcool absoluto, frascoplástico 250 mL (tipo PET mini),canudo rígido (tipo milk shake),termômetro (0 a 100ºC), tubo decola, marcador, régua 30 cm,corante alimentar.

- Relacionar informações apresen-tadas em diferentes formas de lin-guagem e representação usadas nasciências físicas, químicas ou bio-lógicas, como texto discursivo,gráficos, tabelas, relações mate-máticas ou linguagem simbólica.- Utilizar leis físicas e (ou) quí-micas para interpretar processosnaturais ou tecnológicos inseridosno contexto da termodinâmica e(ou) do eletromagnetismo.

- Solicitar aos alunos a formação dos grupos edistribuir os materiais a serem utilizados.- Orientar que eles definam o responsável para osregistros necessários.- Registrar a fórmula de equivalência encontrada eaplicar o termômetro para determinar a temperaturado corpo humano.- Discutir os resultados com os alunos.

F14 ‐ Calo rím et rofev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31


Física

STEM Brasil

www.worldfund.org F14 - Calorímetro

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

Medidas de calor são importantespara a determinação de caracter-ísticas térmicas de materiais, de ali-mentos e dos esforços despendidosem exercícios físicos.

Calorímetros são destinados à rea-lização de medidas de capacidadetérmica de substâncias. As tenta-tivas de construir recipientes per-feitamente adiabáticos nunca tive-ram sucesso. A solução foi com-pensar as perdas para o ambienteajustando adequadamente a veloci-dade do agitador e determinando oequivalente em água dos elementosinternos.

Construir e calibrar um calorímetro compensandoas perdas para o ambiente e a participação doselementos internos.

Cada grupo de alunos irá construir um calorímetrousando materiais simples e determinar a frequênciaadequada para a agitação e o seu equivalente emágua (equações).Para isso deve-se seguir os seguintes passos:1 .Preparar um recipiente cilindrico de isopor e umatampa, que pode ser confeccionada a partir de umachapa de isopor.2.A tampa de recipiente deve ter um furo pequenopara passar um arame que será uilizado comoagitador. Um seguindo furo para o termômetro eum terceiro para uma rolha de cortiça.3 . Colocar 800 mL de água para aquecer até 90ºC.4. Colocar 200 mL de água quente no calorímetro eacionar o agitador tentando manter a temperaturade equilíbrio constante. Anotar a temperatura deequilíbrio.

Calorímetro (1905) - Crédito: Wikimedia/Aushultz

Continuação da Atividade Prática

5. Determinar a temperatura daágua que está no ambiente e colocar200 mL dela no calorí-metro.6. Mantendo o agitador na fre-quência estabelecida determinar atemperatura de equilíbrio.7. Estabelecer a fórmula paradeterminar o equivalente em água.

Ilustração da montagem.© Copyright







Profissões EnvolvidasEngenheiros mecânicos, engenhei-ros químicos, técnicos de laborató-rio.

F14 ‐ Calo rím et roHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: F14 - Calorímetro


Avaliação

Tempo

Nessa atividade os alunos irão montar o calorímetroconforme instruções da figura. Idealizar umatécnica para descobrir a frequência ideal para oagitador. Elaborar uma fórmula para determinar oequivalente em água.

Procedim ent os

Co nt eúdos

Equipa m ent os

Objetivos- Entender o conceito de recipiente adiabático e aslimitações práticas de sua consecução.- Compreender o conceito de capacidade térmica.- Entender o papel do agitador no calorímetro.- Assimilar a estratégia da determinação doequivalente em água.- Descobrir a frequência ideal do agitador.- Determinar o equivalente em água do calorímetro.

02 aulas.

Construção do calorímetro,medições realizadas e resultados.

- Calorímetro.- Capacidade térmica.- Calor específico.

Aquecedor, béquer 1000 mL, águadestilada (1000 mL),termômetro(0 a 100ºC), recipiente de isopor(500 mL), 50 cm de aramegalvanizado nº 22, rolha de cortiçade 6 mm, alicate de bico, provetaplástica 250 mL.

- Solicitar a formação dos grupos.- Distribuir os materiais para os alunos.- Orientar a confecção do calorímetro, conformeindicações da figura.- Pedir que os alunos façam os registrosnecessários para melhor entendimento do conceitode equivalência em água.- Estabelecer a fórmula para determinar oequivalente em água.- Discutir os resultados com os alunos.


F15 ‐ Tra nsferência de Calo rfev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31


Física

STEM Brasil

www.worldfund.org F15 - Transferência de Calor

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

Processos de transferência de calorinfluenciam no meio ambiente e noconforto das edificações. A condu-ção, a convecção e a radiação estãopresentes em praticamente todos osprocessos térmicos.

Diversos materiais são usados comoisolantes térmicos para controlar osefeitos da transferência do calor. Astubulações de água fria dos sistemascentrais de ar condicionado ou decalor dos sistemas com vapor usamtubos cilíndricos feitos com materi-ais sintéticos.

Medir as variações ocorridas da variação datemperatura com o tempo e a distância da fontetérmica.

Para a realização da atividade deve-se seguir osseguintes passos:1 . Cada grupo deve montar um dispositivo usandoum tubo de diâmetro diferente com um spot comlâmpada em uma das extremidades.2. Iniciar simultaneamente o processo para todos osgrupos.3 . Ligar a lâmpada, disparar o cronômetro edeterminar temperaturas a cada 5 minutos, durante25 minutos.4. Coletar os resultados de todos os grupos.5. Elaborar gráfico das temperaturas em relação aotempo para as distâncias estabelecidas (uma curvapara cada distância).

Isolamento Térmico - Crédito: Wikimedia/Pimentel

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Profissões EnvolvidasEngenheiros mecânicos, engenhei-ros civis, técnicos de laboratório.

F15 ‐ Tra nsferência de Calo rHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: F15 - Transferência de Calor


Avaliação

Tempo

Essa atividade ajuda os alunos no entendimento deque os processos de transferência de calorraramente ocorrem isoladamente. Há quase semprea simultaneidade de condução, convecção eradiação. Os grupos de alunos medirão a evolução,em relação ao tempo, da temperatura ao final de umtubo isolante térmico. Cada grupo usará um tubocom dimensão diferente e ao final juntarão seusresultados passando a analisar a variação datemperatura com tempo e distância.


Equipa m ent os

Objetivos- Aprender a analisar resultados de vários grupos depesquisa.- Compreender processos envolvendo mais de umavariável.- Traçar e interpretar gráficos com múltiplasfunções.- Entender processos com tendência ao regimepermanente.

02 aulas.

Relatório.

- Condução.- Convecção.- Radiação.

Tubos de isopor (ou mantatérmica) com diâmetro interno de50 mm e 50 cm de comprimentodivididos em 1 tubo de 50, 1 de10, 1 de 20, 1 de 30 e 1 de 40 cm;spot de teto completo comlâmpada incandescente leitosa de40 W, régua mm de 1 m, 6termômetros (0 a 100ºC), fitacrepe transparente, cronômetro.

- Inicialmente, discuta com os alunos o significadode processos transitórios e a importância dolevantamento preciso de suas características.- Divida os alunos em grupos e distribua osmateriais a serem utilizados.- Solicite aos alunos que façam os registrosatentamente, pode-se estabelecer um responsávelpor grupo.- Pedir que os grupos elaborem os gráficos e façama interpretação do mesmo.- Discuta os resultados com os alunos e avalie-os.


F16 ‐ Muda nça de Estadofev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31


Física

STEM Brasil

www.worldfund.org F16 - Mudança de Estado

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

Mudança de estado é a alteração desólido para líquido ou de líquidopara vapor das substâncias.O estudo desses processos é impor-tante nas aplicações tecnológicas.

A maioria dos corpos aumenta devolume ao fundir. A água, a prata, oantimônio e o bismuto constituemexceções. Nessas substâncias oaumento da pressão provocadiminuição na temperatura de fusão.Nas demais o efeito é contrário. Apressão atmosférica que dependebasicamente da altitude vai influirnas temperaturas dos processos demudança de estado.

Como comprovar a constância da temperaturadurante os processos de mudança de estado?

A atividade consiste em aquecer pedaços de gelo,inicialmente em temperatura inferior a 0ºC, paraprovocar fusão e, depois ebulição e observar o queacontece com a temperatura e o volume quando háou não variação de temperatura. Para isso deve-seseguir os seguintes passos:1 . Suspender o béquer, nas molas, usando o arameinoxidável.2. Colocar pedras pequenas de gelo no béquer.3 . Ajustar a régua com o zero na base das molas e otermômetro suspenso dentro do béquer.4. Anotar a temperatura e ligar o aquecedor.5. Registrar a temperatura e a posição da base dasmolas na escala a cada minuto.6. Continuar após o derretimento do gelo e após aentrada da ebulição da água.7. Tabular as medidas.8. Traçar gráfico colocando na vertical atemperatura e a extensão das molas, e nahorizontal, o tempo.

Gelo Flutuando - Crédito: Wikimedia/Tille

Ilustração da montagem.

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Profissões EnvolvidasEngenheiros mecânicos, engenhei-ros químicos, técnicos de labora-tório.

F16 ‐ Muda nça de EstadoHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: F16 - Mudança de Estado


Avaliação

Tempo

A atividade permite a observação da temperatura,peso e volume do gelo: ao derreter, ao aumentar atemperatura e ao entrar em ebulição.

Procedim ent os

Co nt eúdos

Equipa m ent os

Objetivos- Comprovar a estabilidade da temperatura duranteos processos de mudança de estado e ao mesmotempo acompanhar as mudanças de volume e demassa que ocorrem.

02 aulas.

Relatório com pesquisa sobrecongelamento e os anticongelantes.

- Mudança de Estado.- Fusão.- Ebulição.- Temperatura.

Base para experimentos, cubos degelo, 4 molas usadas em encader-namentos, aquecedor com tela deamianto, béquer 250 mL, proveta,250 mL (plástica), termômetro (-10 a 100ºC), régua 30 cm, frascode 250 mL, 0,50 m de arame de 1mm de aço inoxidável.

- Solicitar que os alunos se organizem em grupos.- Distribuir os materiais para os grupos.- Orientar os grupos a fazerem os registros dastemperaturas e a posição da base das molas naescala a cada minuto.- Pedir que façam a tabulação das medidas econstrução do gráfico, como também a intepretaçãodo mesmo.- Discutir os resultados com os alunos.


F16 ‐ Muda nça de EstadoHa bilidades do ST EM Brazil

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: F16 - Mudança de Estado

Aprender po r Perg u ntas

Criatividade e In ovação

Aprender Co ntin u a m ent e

Co m u nicação Eficient e

Resolução de Pro blem as

Gerencia m ent o de Info rm açãoOs dados precisam ser coletados de uma forma quepermite que os mesmos sejam facilmentecompartilhados com os outros.

Existem aplicações onde é útil tera temperatura constante, que podeser mantida através de umamudança de estado?

Essa atividade pode levar o aluno aperguntar por que a temperaturapermanece a mesma enquanto omaterial derrete

Os alunos precisam apresentar osseus resultados para os colegas e oprofessor de uma forma coerente.

Se a temeperatura muda durante aatividade, mas o gelo permanece,há algum problema com aposicionamento do termômetro?

X01 Aprender por PerguntasX02 Criatividade e InovaçãoX03 Comunicação EficienteX04 Resolução de ProblemasX05 Planejamento e OrganizaçãoX06 Gerenciamento de InformaçãoX07 Aprender ContinuamenteX08 PersistênciaX09 EmpatiaX10 Iniciativa e MotivaçãoX11 AutocríticaX12 Trabalho em EquipeX13 LiderançaX14 Atitudes PositivasX15 Gerenciamento de RiscosX16 Capacidade de AdaptaçãoX17 Pensamento CríticoX18 Habilidades ComputacionaisX19 ResponsabilidadeX20 Rede de ContatosX21 Curiosidade

Mudanças de estado como termostatos têmaplicações fora da ciência - por exemplo, para fazersorvete com uma máquina manual.

Aut ocríticaOs alunos devem ser capazes de reconhecer acertose erros no seu próprio trabalho.

Capacidade de AdaptaçãoQue outros materiais podem ser usados parademonstrar o mesmo fenômeno?

Pensa m ent o CríticoO que acontece quando a mistura de gelo e água émodificada pela adição de sal? Por que essamudança acontece?

Ha bilidades Co mputacio n aisOs alunos podem usar planilhas e outrasferramentas para fazer gráficos.

Respo nsa bilidadeA atividade dever ser completada no tempo alocado.

CuriosidadePor que a temperature permanece as mesma duranteuma mudança de estado?

Softwa rePlanilha para a coleção de dados, Geogebra paraplotar os dados.

F17 ‐ Propulsão Térmicafev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31


Física

STEM Brasil

www.worldfund.org F17 - Propulsão Térmica

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

A conversão de energia das reaçõesquímica em térmica é realizada nosmotores de combustão interna combaixo rendimento ao passar da for-ma térmica à mecânica. Atualmen-te, os processos diretos de conver-são, são objetos de pesquisa.

Diversos projetos estão em anda-mento na busca de motores que rea-lizem a conversão direta de energia.Os motores híbridos, o uso de célu-las de combustível, motores elétri-cos ou motores funcionando com arcomprimido são algumas das linhasde pesquisa atuais.

Como realizar a conversão de energia química emmecânica de forma direta e com melhor eficiência?

Para a realização desta atividade, os grupos detrabalho devem seguir as seguintes orientações:1 . Dobrar um canudo de refrigerante em forma deU, fixá-lo com fita adesiva no centro, e preenchê-locom álcool, colocando-o numa cuba com água.2. Registrar a ocorrência do movimento.3 . Testar outros comprimentos de tubo, maiores emenores.4. Identificar fatores e variáveis relacionados aomovimento observado.5. Anotar os dados em tabelas.

Atenção: O álcool deve ser manipulado comextremo cuidado para evitar acidentes.

Projeto de Foguete - Crédito: Wikimedia/Nasa

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Profissões EnvolvidasEngenheiros mecânicos, químicos,elétricos, eletrônicos, técnicos queatuam na área de energias.

F17 ‐ Propulsão TérmicaHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: 1 7F - Propulsão Térmica


Avaliação

Tempo

Nessa atividade os estudantes irão observar que oprincípio da propulsão térmica ocorre devido àreação exotérmica entre a água e o álcool.

Procedim ent os

Co nt eúdos

Equipa m ent os

Objetivos- Compreender o processo exotérmico da reaçãoágua-álcool.- Assimilar a importância da pesquisa de fontesalternativas de energia.- Executar a rotina de colocar o tubo em “U” emmovimento retilíneo.- Determinar a velocidade.- Traçar gráfico relacionando velocidades ecomprimentos dos tubos.- Elaborar conclusões a partir da análise gráfica.

01 aula.

Relatório com medições e gráfico.

- Energia química.- Energia térmica.- Princípio da ação e reação.

Cuba com 60 cm de comprimento,pacote de canudos com 22 cmsanfonados, régua de 1 metro,tesoura, fita adesiva, água, álcool,cronômetro do celular, papel mm.

- Explicar o processo de construção do tubo emforma de “U”.- Especificar os comprimentos dos tubos para cadagrupo.- Orientar sobre a medida da velocidade.- Solicitar a permutação e tabulação dos resultados.- Orientar sobre o traçado do gráfico reunindo osresultados de todos os grupos.- Desafiar os alunos a interpretar os resultados paraobter uma relação entre velocidades ecomprimentos dos tubos.


F18 ‐ Onda s So n o ra sfev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31


Física

STEM Brasil

www.worldfund.org F18 - Ondas Sonoras

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

O estudo de ondas sonoras, fáceisde executar, serve de base paracompreender o comportamento deondas em geral.

A velocidade de propagação de on-das é obtida multiplicando-se ocomprimento de onda pela frequên-cia.As ondas sonoras geradas sofremfenômenos de propagação similaresàs ondas mecânicas, luminosas,eletromagnéticas. A interferênciaentre ondas com frequências próxi-mas produz o chamado “batimento”ou reforço pontual e periódico deamplitude.

Como analizar a velocidade de propagação dasondas e as relações entre comprimento de onda,frequência e velocidade?

A atividade consiste em produzir ondas sonorasalterando frequência e amplitude e observar seucomportamento no osciloscópio virtual, usandounidades de aquisição de dados e observar ofenômeno dos batimentos. Para tanto, as equipesdevem seguir as instruções abaixo:1 . Executar os aplicativos “Zelscope” e “Sine WaveGenerator”.2. Conectar as unidades de aquisição de dados nasaída de som (gerador) e na entrada de áudio(osciloscópio). Para isso observe atentamente asinstruções das imagens ao lado e siga atentamenteas instruções do professor.3 . Gerar sons e apresentar os conceitos defrequência e intensidade.4. Relacionar as percepções de frequência eintensidade com os correspondentes registrosobservados no osciloscópio.5. Exemplificar o fenômeno do batimento acústico.6. Testar, com cuidado, o limiar de audição dosparticipantes.

Tela do software Zetscope - Crédito: Luiz G. Cabral

Montagens da atividade - Crédito: Luiz G. Cabral

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Profissões EnvolvidasEngenheiro eletrônico, engenheiroacústico, técnico de laboratório efonoaudiólogos.

F18 ‐ Ondas So n o rasHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: F18 - Ondas Sonoras


Avaliação

Tempo

A atividade permite trabalhar com o modelo depropagação longitudinal para as ondas sonoras.Alunos podem entender o princípio defuncionamento do osciloscópio para análise desinais eletromagnéticos e gerar frequências variadase alterar a intensidade, mostrando o efeito sonoroassociado à imagem.


Equipa m ent os

Objetivos- Conhecer o princípio de propagação de ondassenoidais.- Entender as relações entre velocidade, frequênciae comprimento de onda.- Relacionar frequência e amplitude conforme sãopercebidas com suas representações matemáticasapresentadas no osciloscópio.- Gerar ondas sonoras com defasagem e observar osbatimentos.- Testar o limiar de audição.01 aula.

Relatório com medições e gráfico.

- Ondas Sonoras.- Acústica.- Eletrônica.

Notebook (ou pc com caixas desom), interfaces para osciloscópioe gerador senoidal, 4 fios elétricospara ligações. Datashow, amplifi-cador externo de som e caixasacústicas (se for usado um só con-junto para toda a turma).

- Solicitar que os alunos se organizem em grupos.- Distribuir os materiais para os grupos.- Apresentar o modelo de propagação longitudinalpara as ondas sonoras.- Explicar aos alunos o princípio de funcionamentodo osciloscópio para análise de sinaiseletromagnéticos.- Orientar sobre a relacão entre frequência eamplitude.- Solicitar que as equipes apresentem exemplos debatimentos acústicos e testem o limiar de audição.


F19 ‐ Reflexão e Refração da Luzfev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31


Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgF19 - Reflexão e Refração da Luz

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

A utilização de propriedades dereflexão e refração da luz está cadavez mais presente no dia a dia daspessoas, como, por exemplo, nautilização de espelhos em lojas para“ampliar” dimensões e nas saídasde estacionamentos de prédios, paraevitar acidentes. .

A imagem de um objeto formadapor um espelho plano está atrás delee à mesma distância do objeto aoespelho. A colocação de espelhosplanos em lojas de departamentosdá a impressão de que as dimensõesdo ambiente são maiores do que narealidade. Espelhos planos em ân-gulos retos formam três imagenspermitindo aos clientes a visão dosprodutos em diferentes ângulos, aomesmo tempo. O fenômeno da re-flexão total é fundamento da trans-missão de dados, som e imagem,pelas fibras ópticas.

Como verificar as principais características dareflexão e refração da luz?

Demonstrar propriedades de formação de imagensmúltiplas formadas por espelhos colocados emângulos que podem ser variados. Apresentar umprocesso de formação de imagens por reflexão erefração com resultados ilusórios surpreendentes.

Fibras Ópticas - Crédito: Wikimedia/Daniel Photos

Demonstrações das propriedades de reflexão e refração da

luz: (1 ) quebra da imagem; (2) imagens múltiplias; (3) ilusão

de óptica; (4) reflexão total. Crédito: Luiz G. Cabral

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Profissões EnvolvidasEngenheiros de comunicações, en-genheiros elétricos e eletrônicos,técnicos de laboratório.

F19 ‐ Reflexão e Refração da LuzHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: F19 - Reflexão e Refração da Luz


Avaliação

Tempo

Nessa atividade os alunos trabalham com osfenômenos de reflexão e refração da luz edescrevem suas leis. Propicia também umaprofundamento da compreensão dos fenômenos dereflexão e refração.


Equipa m ent os

Objetivos- Entender as leis de reflexão e refração.- Descobrir a relação entre o número de imagens eo ângulo entre espelhos planos articuladoslateralmente.- Explicar fenômenos resultantes da refração da luz,como a "quebra" da imagem de um objetoparcialmente submerso e o "deslocamento" de umabola dentro da água, dependendo do ângulo deobservação..- Descrever em que condições ocorre a reflexãototal e demonstrar como se calcula o ângulo limitede incidência da luz na superfície de separaçãoentre dois meios para que o fenômeno aconteça.

02 aulas.

Relatório incluindo pesquisa sobreo uso de fibras ópticas nas comu-nicações.

- Reflexão.- Refração.- Reflexão total.

Caixa plástica articulada de CDpreenchida com espelhos planos.Transferidor, copo plástico, esferametálica, bastão de madeira,apontador laser, pedaço de fibraóptica.

- Relacionar propriedades físicas,químicas ou biológicas de produ-tos, sistemas ou procedimentostecnológicos às finalidades a quese destinam.- Avaliar métodos, processos ouprocedimentos das ciências natu-rais que contribuam para diagnos-ticar ou solucionar problemas deordem social, econômica ou ambi-ental.

- Explicar detalhadamente as leis da reflexão e darefração.- Apresentar o esquema de formação de imagenspor espelhos planos.- Orientar os alunos sobre o processo de formaçãode imagens com espelhos planos colocados emângulo, mostrar geometricamente como as imagenssão construídas e demonstrar a relação matemáticaexistente entre o número de imagens formadas e oângulo entre os espelhos.- Explicar a refração como um fenômenocaracterizado pela mudança da velocidade da luz,em módulo e direção, ao passar de um meio depropagação para outro.- Esclarecer como e porque ocorre o fenômeno dareflexão total.- Sugerir a sequência de atividades conforme asequência das figuras e solicitar que registrem suasexplicações sobre o que acontece em cada caso,utilizando de maneira adequada os conceitos e aterminologia.

Simuladores Recomendados:

http://goo.gl/EctVA (Phet Colorado)http://goo.gl/2bP1q (San Diego State University)

F19 ‐ Reflexão e Refração da LuzHa bilidades do ST EM Brazil

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: F19 - Reflexão e Refração da Luz

Pla n eja m ent o e Org a nização



É preciso planejar e se organizarpara configurar o aparelho ecoletar os dados.




Gerencia m ent o de Info rm açãoOs dados precisam ser coletados de uma forma quepermite que os mesmos sejam facilmentecompartilhados com os outros. Por exemplo, o usode fotos digitais seriam úteis?

Existem aplicações onde areflexão e a refração podem serusadas para fazer algo novo?

Essa atividade pode levar osalunos a perguntar como que areflexão e a refração da luz sãousadas em instrumentos ópticoscomo telescópios.

Os alunos precisam apresentar osseus resultados para os colegas e oprofessor.

Se a atividade não produz osresultados esperados, verifique queo espelho e o copo de água estãoposicionados corretamente.


Espelhos são comuns no dia-a-dia e sabendo comoeles funcionam pode ser de grande valor.


Tra b alh o em EquipeAs diferentes atividades do projeto devem serdivididas entre os membros da equipe.

Atit udes PositivasEssa é sempre uma boa característica de qualquerprojeto.

Capacidade de AdaptaçãoQue outros materiais podem ser usados parademonstrar o mesmo fenômeno? Por exemplo, aspropriedades de refracão mudam se outros líquidossão usados?

Pensa m ent o CríticoPor que, quando olhamos para um espelho, pareceque estamos refletidos da esquerda para a direita?

Ha bilidades Co mputacio n aisNavegação na web e Inkscape.


CuriosidadeO que explica as mudanças no índice de refraçãoquando diferente líquidos são usados?

Softwa reNavegação da web é suficiente, e Inkscape pode serusado para desenhar um modelo de como a luz érefletida e dobrada nessa atividade.Pesquisar a história da óptica online pode fornecerinformações de grande valor.

F20 ‐ Esp elh o s e Lent esfev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31


Física

STEM Brasil

www.worldfund.org F20 - Espelhos e Lentes

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

Espelhos curvos e lentes são usadosem diversos dispositivosconstruídos com base em princípiosda óptica geométrica.

Espelhos côncavos são usados namontagem de faróis de automóveis,coletores solares e caixas demaquiagem. Espelhos convexos sãousados em sistemas de vigilância.Lentes delgadas encontram aplica-ções em instrumentos ópticos,como telescópios, máquinasfotográficas e microscópios, eprincipalmente na correção de de-feitos da visão relacionados àrefração, como miopia ehipermetropia.

Demonstrar as propriedades usadas nas aplicaçõespráticas de espelhos curvos e lentes delgadas.

Construir modelos para reproduzir ofuncionamento da luz alta e baixa dos faróis dosautomóveis. Analisar as imagens aumentadas ouinvertidas formadas pelos espelhos côncavos.Exemplificar as regras de formação de imagenspelas lentes convergentes.

Ilustração de câmera vista em corte - Crédito: Wikimedia/Anuskafm

Conjunto experimental com espelhos esféricos, lentes, fonte de

luz e tela. Crédito: Luiz G. Cabral.

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Profissões EnvolvidasFísicos, técnicos de laboratório.

F20 ‐ Esp elh o s e Lent esHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: F20 - Espelhos e Lentes


Avaliação

Tempo

Os alunos trabalham com o processo de construçãode imagens em espelhos e lentes.


Equipa m ent os

Objetivos- Esquematizar a construção de imagens de objetosformados por espelhos e lentes, de acordo com asregularidades observadas em cada caso.- Utilizar espelhos côncavos e convexos para obterimagens de objetos, observando sua orientação emrelação ao objeto, em cada caso.- Utilizar lentes convergentes e associações delentes convergentes e divergentes para observarimagens de objetos.- Simular o funcionamento de instrumentos ópticos.- Simular o funcionamento de antenas parabólicasde recepção e transmissão e de coletores solares. .- Simular o funcionamento do farol do automóvel.

02 aulas.

Relatório.

- Óptica e Luz.- Espelhos Esféricos.- Lentes Delgadas.

Fonte de luz com lâmpada auto-motiva de dois filamentos, 2 lentesconvergentes e 1 lente divergentemontadas em “plafonds” de spotsluminosos, espelho côncavo comadição de espelho convexo combase articulada, tela e trena de 2 m.

- Explicar o processo de obtenção da imagem nítidados filamentos da lâmpada.- Orientar a observação de imagens formadas pelosespelhos esféricos.- Ensinar a determinação de pontos focais deespelhos e lentes.- Sugerir simulações de combinações de lentes,antenas parabólicas, faróis de automóveis, espelhosde maquiagem e de vigilância.- Comandar medidas para comprovar a equação dosfabricantes de lentes.

Simulador Recomendado:

http://goo.gl/ycBVi (University ofHawaii)


F21 ‐ Olh o Hu m a n ofev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31


Física

STEM Brasil

www.worldfund.org F21 - Olho Humano

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

Os defeitos do olho humanorelacionados com a refração são namaioria dos casos corrigíveis comcirurgia. Os óculos e as lentes decontato estão com os dias contados.

Os defeitos de refração da visãohumana têm causas variadas, masconsistem basicamente de umainadequação entre o grau docristalino e o tamanho do olho.Decorre daí que imagem não seforma exatamente na retina. Quandoa imagem situa-se além da retinaocorre a hipermetropia que écorrigida com lentes positivas.Quando a imagem situa-se aquémda retina ocorre a miopia que écorrigida com lentes negativas.

Simular o funcionamento do olho humano, osdefeitos associados à refração (miopia ehipermetropia) e apresentar o processo de suascorreções.

Montar um modelo do olho humano, formar na"retina" do modelo a imagem do filamento de umalâmpada e simular os dois principais defeitos derefração, a hipermetropia e a miopia. Usar lentescorretivas e efetuar cálculos para compreender oprocesso de correção.

Representação de secção do olho humano (ESP) - Crédito:

Wikimedia/Zstardust

Montagem para estudar os defeitos de refração da visão.

Crédito: Luiz G. Cabral

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Profissões EnvolvidasOftalmologista, técnico em óptica.

21F ‐ Olh o Hu m a n oHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: F21 - Olho Humano


Avaliação

Tempo

Trabalhando com essa atividade os alunos poderãoentender o funcionamento do olho humano e aformação na retina da imagem de um objeto distante(o filamento de uma lâmpada) usando uma lentepositiva. Trocando lentes e acrescentando outras,simular a hipermetropia e a miopia e realizar ascorreções correspondentes.


Equipa m ent os

Objetivos- Entender o processo de funcionamento do olhohumano.- Compreender o que acontece quando o olho ficahipermétrope ou míope.- Montagem para estudar os defeitos da visãorelacionados à refração.- Assimilar a técnica de correção desses defeitos derefração usando lentes apropriadas.- Aprender a determinar a distância focal de umalente.02 aulas.

Pesquisa sobre os instrumentos etécnicas usadas pelos oftalmolo-gistas na prescrição de lentes.

- Lentes convergentes e diver-gentes.- Funcionamento do olho humano.

Bomboniere de plástico com 25cm de diâmetro, cinco lentes euma tela montadas em bases, umalâmpada automotiva montada embase com transformador, umatrena de 2 m.

- Explicar o princípio de funcionamento do olho eos defeitos da visão conhecidos comohipermetropia e miopia.- Apresentar o modelo do olho humano e seucristalino.- Formar a imagem do filamento da lâmpada naretina usando a lente para o olho normal.- Substituir a lente do olho normal pela do olhomíope e mostra a nova posição da imagem (aquémda retina).- Colocar a lente corretiva da miopia e mostrar quea imagem volta à retina.- Repetir o procedimento para o olho hipermétrope.- Mostrar porque o hipermétrope vê mal de perto ebem de longe.- Mostrar que o míope tem efeito contrário.- Apresentar o processo para determinar os grausdas lentes e usar os valores obtidos nos cálculos dasdiversas etapas experimentais.

Simulador Sugerido:

http://goo.gl/ocDLF (Freezeray)Entrevista:

http://goo.gl/jgMza (Dr. Drauzio Varela)


F22 ‐ Co m p o sição da s Co r esfev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31


Física

STEM Brasil

www.worldfund.org F22 - Composição das Cores

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

A composição aditiva de cores éusada na formação da imagem emdisplays. Na pintura usa-se acomposição subtrativa.

A mistura aditiva de cores usanormalmente as cores do tipo RGB,cuja sigla em inglês significavermelho, verde e azul. Já as corescomuns da mistura subtrativa sãodo tipo CMY, cuja sigla significaciano, magenta e amarelo.

Construir um modelo de composição aditiva decores demonstrando suas infinitas possibilidades.Praticar a composição subtrativa de cores.

Montar dispositivo prático para composição aditivade cores e praticar a composição subtrativa.

Mistura aditiva de cores - Crédito: Wikimedia/Todorovac

Tabela de Composições:

Composição Aditiva

Composição Subtrativa

Conjunto para composição de cores aditivas. Crédito: Luiz G.

Cabral

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Profissões EnvolvidasTécnicos de ópticas, laboratoristas,físicos.

F22 ‐ Co m p o sição da s Co r esHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: F22 - Composição das Cores


Avaliação

Tempo

A atividade auxilia os alunos do entendimento dosprincípios das composições aditiva e subtrativa decores. Eles poderão montar o conjunto paracomposição aditiva de cores e usar tintas paracomposição subtrativa.

Procedim ent os

Co nt eúdos

Equipa m ent os

Objetivos- Compreender o princípio de adição de cores ecomo ele funciona nos displays.- Compreender o princípio da subtração de cores ecomo ele funciona na pintura.- Montar a fazer funcionar o conjunto decomposição aditiva de cores.- Praticar a composição subtrativa de cores.

02 aulas.

Relatório incluindo pesquisa sobrea formação de imagens em CRT,PLASMA, LED e O-LED.

- Óptica e Luz.- Composição Aditiva de Cores.- Composição Subtrativa de Cores.

Três fontes de luz montadas em“plafonds”, três lentes conver-gentes montadas em bases, telamontada em base com um ladopreto e outro branco, 10 folhas depapel A4 – 90 g.

- Explicar o processo de formação de cores porsubtração e adição.- Colocar as três lentes diante das três lâmpadas efocalizar sobre a tela escura conforme a disposiçãoda figura de composição aditiva de cores.- Executar todas as cores tabeladas para com-posição aditiva e suas variações.- Praticar a composição subtrativa usando a pinturacom o dedo sobre o papel.- Executar todas as cores tabeladas para com-posição subtrativa e suas variações.

Simulador Sugerido:

http://goo.gl/Xfy4r (RGB)http://goo.gl/rhu9G (CMY)

- Relacionar informações apre-sentadas em diferentes formas delinguagem e representação usadasnas ciências físicas, químicas oubiológicas, como texto discursi-vo,gráficos, tabelas, relaçõesmatemáticas ou linguagem sim-bólica.- Relacionar propriedades físicas,químicas ou biológicas de produ-tos, sistemas ou procedimentostecnológicos às finalidades a quese destinam.

F23 ‐ Est r o b o scópio e Disco de Newt o nfev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31


Física

STEM Brasil

www.worldfund.org F23 - Estroboscópio e Disco de Newton

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

Imagens obtidas com iluminaçãoestroboscópica sempre foram espe-taculares. Há um programa especí-fico denominado “câmera espeta-cular” usa o princípio básico demúltiplas exposições. Há aplicaçõestecnológicas.

A aplicação mais próxima do dia-a-dia das pessoas está nas “baladas”onde a iluminação estroboscópicaprovoca paradas instantâneas res-saltando movimentos das danças.No balanceamento de rodas deautomóvel as pessoas admiram-sedo processo. As rodas de veículosque parecem girar em sentido con-trário ao movimento também pro-vocam a curiosidade pública. Nosantigos “passa discos” o prato ondeficava o disco tinha “ranhuras es-troboscópicas” que sob iluminaçãoincandescente permitiam o ajustepreciso da velocidade e a obtençãode fidelidade das frequências re-produzidas.

Comprovar efeitos estroboscópicos e do disco deNewton.

Montagem da alimentação e controle de velocidadede motor de corrente contínua que será usado paramovimentar o estroboscópio. Observação do discode Newton e de efeitos estroboscópicos emimagens preparadas.

Ilustração do Disco de Newton - Crédito: Wikimedia/PaulK

Sugestão de montagem. Crédito: Luiz G. Cabral.

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Profissões EnvolvidasTécnicos de ópticas, laboratoristas,professores de física e engenheiroseletrônicos.

F23 ‐ Est r o b o scópio e Disco de Newt o nHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: 23F - Estroboscópio e Disco de Newton


Avaliação

Tempo

A atividade permite aos alunos entenderem no queconsiste o efeito estroboscópico (do latim e grego:strobos = turbilhão; scopio = observação).


Equipa m ent os

Objetivos- Compreender o princípio de formação do branco apartir da composição de todas as cores (disco deNewton).- Entender o processo de montagem da fonte dealimentação e controle de velocidade de motores decorrente contínua.- Assimilar o processo de congelamento da imagemproduzido pelo efeito estroboscópico.- Explicar a ilusão criada pelas imagens emmovimento.

02 aulas.

Relatório.

- Composição de cores.- Estroboscópio.- Disco de Newton.

Dois ventiladores de corrente con-tínua montados em bases (oumotores de 3 ou 5 volts); conjuntode ferramentas para montagens esolda elétrica, fonte de ali-mentação de corrente contínuacom entrada para 110-220 V e 7saídas escalonadas de 1 ,5 a 12volts, 1 A; base com 1 tomada;base com três tomadas; 4 pluguesdo novo padrão, 1 potenciômetro 1k; 2 m de fio paralelo vermelho epreto, AWG 22; 2 discos de New-ton, 2 discos estroboscópicos, 25cm cano PVC, solda.

- Inicialmente, pedir que os alunos expliquem -com as palavras deles - o que eles sabem sobre osprincípios do estroboscópio e da composição decores com o disco de Newton.- Orientar a montagem do controle de velocidadedo motor de corrente contínua. Instruir oprocedimento para montar e observar o disco deNewton sem o estroboscópio e com ele.- Orientar a montagem do controle de velocidadedo motor de um dos ventiladores.- Colocar os discos de Newton e observar qualdeles forma o melhor “branco”.- Colocar um dos discos estroboscópicos paraobservar o disco de Newton.- Observar um disco estroboscópico a partir dooutro.- Observar as imagens formadas pelosestroboscópios em movimento com o pedaço decano.

- Relacionar propriedades físicas,químicas ou biológicas de produ-tos, sistemas ou procedimentostecnológicos às finalidades a quese destinam.- Avaliar métodos, processos ouprocedimentos das ciências natu-rais que contribuam paradiagnosticar ou solucionarproblemas de ordem social, eco-nômica ou ambiental.

F24 ‐ An alisado r de Fo nt es de Luzfev mar abr mai jun ago set out nov1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31


Física

STEM Brasil

www.worldfund.org F24 - Analisador de Fontes de Luz

Int r odução

Pr o blem a

Atividade Prática

A observação das cores presentesem emissões de substâncias permiteidentificar sua composição. Oaparelho que realiza essa tarefa éconhecido como espectroscópio.

Da composição das estrelas àsanálises clínicas passando pelapesquisa da ciência dos materiaisusa-se a análise espectral. Nosúltimos anos tornou-se uma técnicade grande precisão e segurança.

Identificar diferentes fontes de luz mediante análiseespectral.

Montar e calibrar um espectroscópio usando oconhecido espectro de emissão do mercúrio.Realizar levantamento espectral de outras fontes deluz.

Espectro de emissão do mercúrio - Crédito: Luiz G. Cabral

Montagem sugerida da atividade. Crédito: Luiz G. Cabral

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Profissões EnvolvidasTécnicos de ópticas, laboratoristas eprofessores de física.

F24 ‐ An alisado r de Fo nt es de LuzHa bilidades do ENEM

Física

STEM Brasil

www.worldfund.orgProfessor: F24 - Analisador de Fontes de Luz


Avaliação

Tempo

Nessa atividade os alunos podem entender ofenômeno da difração, conceitos envolvidos e suaaplicação na construção de espectroscópios ópticos.

Procedim ent os

Co nt eúdos

Equipa m ent os

Objetivos- Compreender o fenômeno conhecido comointerferência.- Conhecer o fenômeno chamado de difração.- Entender a interferência como consequência dadifração.- Entender o esquema de funcionamento doespectroscópio.- Calibrar o espectroscópio usando a lâmpada devapor de mercúrio.- Traçar o gráfico de calibração do espectroscópio.

02 aulas.

Trabalho apresentando aplicaçõespráticas da espectroscopia.

- Espectroscopia.- Espectros de emissão.- Lâmpadas.

5 bases com lâmpadas de vapor demercúrio, vapor de tálio, bi-iodo,fluorescente compacta e incandes-cente leitosa; rede de difração de570 linhas/mm montada em base;tela com fenda montada em base;trena de 2 m; régua de 1 mmontada em base.

- Explicar os processos de interferência e difraçãode ondas luminosas.- Calcular o espaçamento entre as linhas da fenda(570 linhas/mm).- Montar o espectroscópio conforme a figura.- Fazer o levantamento do espectro da lâmpada devapor de mercúrio.- Traçar o gráfico de calibração em papel mm.- Observar as outras lâmpadas e determinar osprincipais comprimentos de onda usando o gráficode calibração.

- Relacionar informações apresen-tadas em diferentes formas de lin-guagem e representação usadas nasciências físicas, químicas ou bio-lógicas, como texto discursivo,gráficos, tabelas, relações mate-máticas ou linguagem simbólica.- Relacionar propriedades físicas,químicas ou biológicas de produ-tos, sistemas ou procedimentostecnológicos às finalidades a quese destinam.

F24 ‐ An alisado r de Fo nt es de LuzHa bilidades do ST EM Brasil

Física STEM Brasil

www.worldfund.org

Professor: F24 - Analisador de Fontes de Luz

Pla n eja m ent o e Org a nização



É preciso planejar e se organizarpara configurar o aparelho ecoletar os dados.




Gerencia m ent o de Info rm açãoOs dados precisam ser coletados de uma forma quepermite que os mesmos sejam facilmentecompartilhados com os outros.

Por exemplo, existem aplicaçõesonde é útil ter controle sobre oespectro de iluminação interiormudando de branco puro para umacor mais suave?

Essa atividade pode gerarperguntas sobre porque diferentesfontes de luz têm diferenteespectros, mesmo se todas asfontes produzem o que parece ser aluz branca.

Os alunos precisam apresentar osseus resultados para os colegas e oprofessor.

A configuração dessa atividadepode ser complicada e o alunodeve seguir as instruções commuita atenção.


À medida que mudamos de lâmpadasincandescentes para lâmpadas fluorescentes e LED(para economizar energia), nós também precisamosestar cientes de que as propriedades espectraisdestas lâmpadas são diferentes.


Tra b alh o em EquipeAs diferentes atividades do projeto devem serdivididas entre os membros da equipe.

Atit udes PositivasEssa é sempre uma boa característica de qualquerprojeto.

Capacidade de AdaptaçãoQue outras fontes de luz podem ser usadas nessaatividade?

Pensa m ent o CríticoO que faz com que algumas fontes de luz produzemcores claramente definidas em seu espectro,enquanto, para as lâmpadas incandescentes, as coressão espalhadas?

Ha bilidades Co mputacio n aisFotografia digital pode ser útil para coletar dados.Se os tempos de exposição forem longos, um tripépode ser necessário.


CuriosidadePor que certas fontes de luz produzem certosespectros?

Softwa reA fotografia digital pode ser muito útil. PhET temum ótimo simulador desse tipo de atividade no linkabaixo.http://phet.colorado.edu/en/contributions/view/3075

f13‐termômetrofiles.ensinointegral.webnode.com/200000204-2fc0a31b3f/fÍsica 2.pdf ·...

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