A Óptica através do MODELLUS

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1 A Óptica através do MODELLUS Autor:Alexandre Brandão dos Santos - Colégio Estadual Doutor Adino Xavier Autor:Daniel Fernandes Serpa - Colégio Estadual Engenheiro Bernardo Sayão Agradecimentos Agradecemos a nossas esposas pela compreensão, apoio, carinho e pelo tempo que deixamos de passar juntos. A nossas famílias pelo apoio, carinho e incentivo dado a todo momento. À SEE, ao CCMN e aos nossos diretores escolares pelo apoio, incentivo e pela rica contribuição dada a nossa formação sem medir esforços. Aos amigos pelas palavras e ações de incentivo. Ao professor Carlos Eduardo e ao monitor Euclides, em especial, pelo apoio, incentivo e pelo amor com o qual exercem suas profissões e por tudo de bom e melhor que nos ensinam. Resumo Este trabalho tem como objetivo principal colaborar com o professor de Física para que, com maior facilidade, consiga transmitir os conceitos de Óptica que envolvem Espelhos Planos, Espelhos Esféricos, Refração e Lentes através da interatividade dos alunos com o programa, testando todas as alternativas possíveis e observando o que acontece com a luz (raios luminosos) e com as imagens formadas. Introdução Ao longo dos anos os professores de Física tem grandes dificuldades ao transmitir os conteúdos específicos devido às impossibilidades de demonstração de inúmeros fatores, como por exemplo, a luz se propagando, a inexistência de atrito, o equilíbrio dinâmico, dentre outros. Buscando facilitar o entendimento por parte dos alunos e fazendo uso do programa Modellus do professor Vitor Teodoro da Universidade Nova de Lisboa, desenvolvemos este trabalho.

2 Objetivo O trabalho que segue na verdade é um conjunto de trabalhos, um pack, para colaborar no Ensino da Física, cujo tema principal é a Óptica Física, isto é, analise quantitativa e qualitativa dos fenômenos, e estaremos abordando os tópicos: Espelho Plano Espelho Esférico Refração Lentes principalmente devido ao fato de a propagação da luz e a formação de imagens serem de difícil visualização e correlação com a matemática por parte dos alunos. A seguir apresentaremos os objetivos específicos de cada tópico, indicando seu funcionamento. Espelho Este tópico foi dividido em 2 grupos. 1º Grupo: Tamanho, Altura e Distâncias Neste Caso observamos duas situações (x1 e x2) referente as posições dos objetos e suas imagens, com o intuito de mostrar que a localização da imagem está diretamente relacionada com a distância entre o objeto e o espelho. Também neste caso observamos a relação entre a altura do objeto (y2 e y21) o tamanho do espelho e sua localização vertical, onde as medidas podem ser alteradas para observar como o espelho irá se comportar.

3 2ºGrupo: Deslocamento do Espelho do Objeto e da Imagem Neste caso observamos que o deslocamento do espelho irá influenciar na posição da imagem, deslocando-a a uma velocidade que será o dobro da sua, para manter a relação de distâncias objeto-espelho, objeto-imagem e espelho-imagem, intacta. Também neste caso é uma derivação do caso anterior onde poderemos observar como o deslocamento do objeto e do espelho irão influenciar do deslocamento e na posição da imagem Espelho Esférico (Côncavo e Convexo) Esta tópico vem para ajudar o professor na construção, determinação da localização exata e do tamanho de imagens, evitando que a aula se torne chata e cansativa Neste Tópico podemos alterar a posição do objeto (p) a distância focal (f) o tipo de espelho (f<0 e f>0) o tamanho do objeto (o)

4 além de selecionar quais raios luminosos (k e k1)iremos utilizar para a construção da imagem e observar quais são as características desta imagem (real ou virtual, direita ou invertida, maior, menor o do mesmo tamanho). Espelho Côncavo Objeto colocado além do centro que gera uma imagem real, menor e invertida. Objeto colocado sobre o foco que gera uma imagem real, do mesmo tamanho e invertida. Objeto colocado entre o foco e o centro que gera uma imagem real, maior e invertida.

5 Objeto colocado sobre o foco que gera uma imagem imprópria, pois os raios são paralelos (irão se encontrar no infinito). Objeto colocado entre o foco e o vértice que gera uma imagem virtual, maior e direita. Espelho Convexo Todo espelho convexo, independente da posição do objeto, irá formar o mesmo tipo de imagem, virtual, menor e direita.

6 Refração Este tópico apresenta uma situação realizada pelos autores, com a qual foram determinados alguns valores para análise, e também um simulador, no qual podem e devem ser feitas alterações de modo a testar esta ou aquela situação, variando os índices de refração e o ângulo de incidência e determinando o ângulo de refração, bem como o ângulo limite do sistema A situação apresentada pelos autores é composta de 3 imagens. Na 1ª um tubo de ensaio com detergente, funciona como uma lâmina de faces paralelas, isto é, um meio que apenas desvia o feixe de luz de modo que ele fique paralelo ao caminho original. Utilizando esta imagem e os dados coletados com a ajuda do programa foi possível determinar o índice de refração do detergente e este resultado foi utilizado no sistema teste (simulador) para observar se e como a luz está se comportando m todos os três sistemas observados por meio das imagens (1, 2 e 3) e também para determinar qual o ângulo limite deste sistema composto por estas três imagens. Simulador

7 Simulador

8 Lentes O tópico de Lentes é bastante similar ao de espelhos esféricos, porém apresentam 2 focos, já que temos duas lentes, deste modo poderemos alterar os valores da posição do objeto (p), a distância focal (f), que será a mesma em ambos os lados da lente, o tipo de lente ( p>0 ou p<0), o tamanho do objeto (o) e sua disposição (o<0 ou o>0) e observar a formação das imagens, utilizando 3 raios (já que o raio que passa pelo centro não é utilizado em lentes). Assim este Tópico irá facilitar a construção de imagens e a comprovação matemática de sua localização e tamanho para um melhor entendimento por parte dos alunos. Lentes Convergentes Objeto colocado além do foco irá gerar uma imagem real( após a lente ), maior e invertida Objeto colocado entre o foco e a lente irá gerar uma imagem virtual ( antes da lente ), maior e direita

9 Lentes Divergentes Objeto colocado em qualquer ponto irá gerar uma imagem virtual( antes da lente ), menor e direita Comentário e Observações Importantes É importante destacar que o fato de comparar a sala de aula com uma demonstração no computaqdor, é de grande valia para o aprendizado dos alunos, já que na Física VER É O MELHOR REMÉDIO para as dúvidas. Para o desenvolvimento deum trabalho junto aos alunos é necessário um conhecimento básico pois necessitamos de simples alterações nas condições para os sistemas funcionarem, porém para a elaboração de um programa é necessário, no mínimo uma grande decicação e algum conhecimento para saber corrigir os erros que possam aparecer. A sugestão para se trabalhar estes sistemas é que se faça um por tempo de auls, no mínimo. Sendo possível a participação individual dos alunos (um computador por dupla) a aula deve ser conduzida de modo que eles façam as tentativas e você apenas faça uma exemplo e ajude no desenvolvimento deles, sendo interessante ao final da aula que o professor realize todas as atividades para que os alunos vejam e fixem os conteúdo e conceitos. Não sendo viável (um computador por dupla) a aula deve ser ilustrativa porém com a participação da turma como um todo, para que eles possam sanar o maior número de dúvidas possível. No caso da existência de uma sala de informática é aconselhável a presença de um monitor para auxiliar o professor durante a aula. Você poderá observar que em todos os sistemas do pack foram destacados os itens que foram alterados (Condições Iniciais) para uma verificação mais apurada das características de cada sistema.

10 É recomendado que o professores teste todos os sistemas ao limite para que possa responder a todas as dúvidas referentes a eles. A nível de avaliação existem duas possibilidades: 1ª - Propor um problema teórico para que com ajuda de um sistema já pronto os alunos possam resolvê-los, tanto matematicamente como comprová-lo através deste, gerando um relatório com imagens e cálculos feito manualmente e com o auxílio de uma sistema (prazo: 3 a 4 dias duplas ou trios) 2ª propor aos alunos que projetem um sistema sobre um assunto a ser (ou que já fora) trabalhado em sala, também com relatório abordando todas as etapas do desenvolvimento (idéia inicial) até a finalização do projeto (inclusive com os resultados esperados e obtidos). (prazo:2 a 3 meses 4 ou cinco pessoas). Tenha cuidado de pedir uma apresentação onde todos os alunos do grupo devem discutir, comentar ou realizar alguma atividade.

11 O Modellus, os Modelos e Eu Este programa tem como objetivo fazer com que você, aluno, consiga brincar de Óptica, Istoé, testar alguns conceitos teóricos e matemáticos que você compreendeu sobre o tema. Se você não tem muita certeza dos conteúdos deste tópico é interessante que ao brincar esteja acompanhado do seu material didático e de um caderno para que possa correlacionar através dos cálculos (você deve fazer) e do programa o que acontece na propagação da luz e na formação da imagem como um todo. Neste modelo Óptica Pack, você terá a oportunidade de observar quatro tópicos extremamente importantes da Óptica (um por tempo de aula) 1º - Espelho Plano Formação de imagens Tamanho e altura do espelho Deslocamento do objeto, do espelho e da imagem 2º - Espelhos Esféricos Côncavo e Convexo Formação de imagens Características das imagens 3º - Refração Lei de Snell Ângulo Limite Reflexão Total Lâmina de faces paralelas 4º - Lentes Convergentes e Divergentes Formação de imagens Características das imagens Foco objeto e Foco imagem. Em todos os tópicos do modelo, você irá interagir modificando os valores nas condições iniciais, escolhendo até quais raios deseja utilizar para formar a imagem (Espelhos Esféricos). Como sugestão é interessante que você crie uma situação, determine seus resultados matematicamente e compare com os resultados obtidos com os modelos. Você pode desenvolver o seu sistema, mas para isso peça ajuda ao seu professor no que diz respeito ao funcionamento básico do programa para que fique mais simples a evolução de suas idéias.