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

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

2 Ficha técnica Título Guião científico Projeto Pais com a Ciência, Marco na Ciência Protocolos de atividades para o 1º ciclo Edição 1ª edição (março, 2014) Editor Projecto Matemática Ensino PmatE, Universidade de Aveiro

3 Índice Introdução... 2 Enquadramento Curricular... 2 Atividade 1 simulação da sucessão das estações do ano... 2 Atividade 2 simulação dos dias e das noite... 4 Rosa dos Ventos... 6 Atividade 3 evolução da posição da sombra... 7 Atividade 4 construção do relógio de Sol... 9 Resumo da atividade... 9 Referências bibliográficas

4 Introdução O presente guião organiza um conjunto de atividades subordinadas ao tema dinâmica da Terra relógio de Sol. As propostas de atividades serão implementadas com crianças do 1º ciclo do ensino básico a fim de serem aprofundadas questões relacionadas com os movimentos dos corpos celestes, em particular, do sistema Sol - Terra. A sucessão e duração das estações do ano ou o movimento diurno do Sol parecem fenómenos simples de explicar, no entanto, abordar este assunto com crianças desta faixa etária pode tornar-se complicado já que o estádio do pensamento abstrato apenas se inicia por volta dos 12 anos. As atividades estão pensadas por forma a usar a observação como processo para entender melhor os fenómenos em discussão. Enquadramento Curricular No que respeita ao enquadramento curricular das atividades propostas pretende-se cumprir os objetivos gerais «Utilizar processos simples de conhecimento da realidade envolvente assumindo uma atitude de permanente pesquisa e experimentação», «Selecionar diferentes fontes de informação e «Utilizar diversas formas de recolha e de tratamento de dados simples», de acordo com o programa de estudo do meio do ensino básico. Pretende-se ainda cumprir os objetivos específicos enumerados no programa de estudo do meio do ensino básico, no que respeita ao bloco programático 3 À descoberta do ambiente natural quando é referido «reconhecer o Sol como fonte de luz e calor», «Verificar as posições do Sol ao longo do dia», «observar e representar os aspetos da Lua nas diversas fases» e «Observar um modelo do Sistema Solar». 2

5 Atividade 1 simulação da sucessão das estações do ano Resumo da atividade Utilizando o modelo construído pelos alunos no âmbito das atividades propostas para o Projeto Pais com a Ciência, bloco temático 3 Universo, Sistema Solar e Dinâmica da Terra - posicionar o Sol e a Terra de modo a simular o fenómeno das estações do ano A (cf. Figura 1) e duração dos dias B (cf. Figura 1). Caso o modelo não esteja disponível ou não seja funcional, poderá ser substituído por um globo terrestre e uma lâmpada/candeeiro que ilumine completamente um lado do globo e não apenas uma pequena área (o que acontece quando se utilizam lanternas pequenas). Figura 1 Imagem ilustrativa da sucessão das estações do ano e da duração dos dias. A imagem representa a posição da Terra em diferentes pontos da sua trajetória, sendo que as estações identificadas dizem respeito ao Hemisfério Norte. Protocolo da atividade Material: - modelo sistema Terra-Sol ou globo terrestre e candeeiro. Procedimento - O modelo construído deve ser usado numa sala escura para que ao acender-se o candeeiro que simula o Sol seja possível observar a luz a incidir apenas em metade da esfera que representa a Terra. Colocar a Terra em cada uma das posições A, B, C e D e registar as observações na seguinte tabela (cf. Tabela 1). 2

6 Posição da Terra O Polo Norte está iluminado? O Polo Sul está iluminado? Como está orientado o eixo da Terra? A Solstício de Verão B Equinócio de Primavera C Solstício de Inverno D Equinócio de Outono Tabela 1 Tabela registo de observações. Notas da atividade Solstício de Inverno A inclinação do eixo da Terra relativamente ao plano que inclui a trajetória da Terra em volta do Sol origina vários fenómenos: - o polo norte não recebe luz solar durante o inverno e parte do outono; - a temperatura à superfície é menor já que há menos raios solares a incidir na superfície terrestre por unidade de área, comparado com o que acontece no verão; - há menos horas de luz, tornando os dias mais pequenos e frios. Solstício de Verão A inclinação do eixo da Terra em direção ao Sol origina vários fenómenos: - no polo norte é sempre de dia o sol não se põe - durante o inverno e parte do outono; - a temperatura à superfície é maior já que há mais raios solares a incidir na superfície terrestre por unidade de área, comparado com o que acontece no inverno; - há mais horas de luz, os dias são mais longos e quentes. Equinócios de Primavera e Outono - o eixo da Terra é paralelo ao Sol, logo a sua inclinação não influência a duração dos dias e das noites e ambos os polos, norte e sul, encontram-se iluminados. - a quantidade de radiação solar recebida por unidade de área é maior do que acontece no inverno. - nestes dias, os dias (horas de Sol) têm a mesma duração das noites. 3

7 Atividade 2 simulação dos dias e das noite Resumo da atividade Com esta atividade é pretendido que os alunos compreendam como se concretiza o fenómeno da sucessão dos dias e das noites e como este facto se relaciona com a variação do número de horas de Sol ao longo do ano. Protocolo da atividade Material: - lanterna ou lâmpada do modelo; - palito comprido de espetada; - bola de esferovite de diâmetro 20 cm; - balão azul; - arame de comprimento igual a 40 cm. Procedimento - A lâmpada ou lanterna servirá para simular o Sol enquanto a bola de esferovite representará a Terra. Para fazer a Terra, cortar a entrada do balão e vestir a bola de esferovite com o balão. Atravessar a bola de esferovite de um lado ao outro, no centro, com o arame. Considerando esta bola a Terra o arame entra num polo e sai no outro. Repetir o processo utilizando um palito, mas procedendo de modo a que este faça um ângulo de 23,5⁰ com o arame. O palito representará o eixo da Terra. Uma vez construída a Terra, deve-se apagar a luz da sala e segurar no arame por forma a que este se encontre perpendicular ao chão ou superfície onde se realiza a atividade. Sempre que se rodar a Terra devese garantir que o arame está sempre na vertical já que é utilizado como referência para se respeitar a correta inclinação do eixo da Terra. Acender o Sol e posicionar a Terra em cada uma das situações A, B C e D ilustradas nas figuras (cf. Figura 2, 3 e 4). Figura 2 - Solstício de Verão no Hemisfério Norte (Posição A). Figura 3 - Solstício de Inverno no Hemisfério Norte (Posição C). 4

8 Figura 4: Equinócios (Posição B e D). Notas da atividade O fenómeno da sucessão dos dias e das noites relaciona-se com o movimento de rotação da Terra. A Terra completa uma rotação sobre o seu eixo aproximadamente, a cada 24 horas. A um observador na superfície terreste, este movimento de rotação da Terra confunde-se com o movimento aparente do Sol no céu. Na realidade o corpo que se move é a Terra e não o Sol. Dependendo da latitude a que se encontra o observador, os dias podem durar mais ou menos tempo, ou seja, as horas de Sol são diferentes consoante a localização. Para se identificar a localização de um corpo/objeto à superfície da Terra utilizam-se coordenadas geográficas: a latitude e a longitude. A latitude é o ângulo que o raio da Terra faz entre a linha do Equador e o lugar à superfície da Terra. Às circunferências paralelas ao Equador chamam-se paralelos. A latitude é medida em graus ( ) para Norte ou para Sul, sendo o Equador a linha com latitude igual a 0 (cf. Figura 5). Figura 5 Representação da latitude. 5

9 A longitude é o ângulo que o raio da Terra faz entre a linha do meridiano de Greenwich, e o lugar à superfície da Terra. Às circunferências que passam pelos dois polos (Norte e Sul) chamam-se meridianos. O meridiano de referência que corresponde a 0 de longitude chama-se meridiano de Greenwich. A latitude é medida em graus ( ) para Este ou Oeste Figura 6 Representação do meridiano de Greenwich. Rosa dos Ventos A Rosa dos Ventos reúne a orientação das linhas que indicam as direções cardeais: norte, sul, este e oeste. Para além destes pontos podem ter mostrar ainda os pontos colaterais NE (nordeste), NO ou NW (noroeste), SE (sudeste) e SO ou SW (sudoeste) (cf. Figura 7). Figura 7 Representação da Rosa dos Ventos. 6

10 Atividade 3 evolução da posição da sombra Resumo da atividade Com a implementação deste trabalho de campo os alunos terão a possibilidade de observar a posição do Sol no céu ao longo do dia e perceber como nos podemos orientar recorrendo à interpretação desse movimento. Desta forma, é suposto que a atividade proporcione aos alunos a possibilidade de relacionar o movimento aparente do Sol com os pontos cardeais e a direção da sombra de um objeto. Protocolo da atividade Material: - vara de 1 m de altura ou uma pessoa; - giz de várias cores; - superfície; - dia de sol; - relógio; - superfície de 10 m 2 (pátio ou campo de jogos) onde seja possível escrever com giz; - fita métrica 5 m; - fio de prumo. Procedimento - Em primeiro lugar, é necessário averiguar qual será o melhor local para a realização da atividade. O local para a sua implementação deverá ser uma zona em que o Sol incida todo o dia e aonde não se sobreponha nenhuma sombra. Depois de identificado o local com as condições acima enumeradas, deve-se marcar o centro com giz. No centro deverá ser colocada a vara na vertical. Se não for possível ter uma suporto para a vara, esta deverá ser segurada por um aluno, ou o próprio aluno poderá posicionar-se no centro e a partir da sua sombra, fazer-se as respetivas medições. As medições do comprimento da sombra devem ser efetuadas de 30 em 30 minutos e devem-se proceder ao seu registo, recorrendo à tabela (cf. Tabela 2). No final da atividade podese desafiar os alunos a indicarem no chão, com giz, os pontos cardeais. 7

11 Tempo (hora e minutos) Comprimento da sombra (cm) 08h00min 08h30min 09h00min 09h30min 10h00min 10h30min 11h00min ( ) 18h00min Tabela 2 Proposta para registo das medições da sombra ao longo do dia. Se possível, usar um escadote para tirar uma fotografia de cima com o resultado final. Notas da atividade É esperado que se observe o seguinte: - a sombra tem maior comprimento de manhã e ao final do dia. - à medida que a sombra se movimenta ao longo da manhã, o seu comprimento diminui até assumir o menor comprimento possível corresponde ao momento/instante em que o Sol se encontra mais alto no céu. No Hemisfério norte, a sombra ao meio dia solar corresponde ao ponto cardeal Norte. Para latitudes superiores ao Trópico de Câncer a sombra mínima corresponde ao meio-dia solar e a direção desta sombra indica o Norte; - quando o Sol está mais alto no céu, a sombra é mais pequena. - ao longo da tarde, o comprimento da sombra volta a aumentar até ao pôr-do-sol. - no dia do equinócio, o Sol nasce na direção do ponto cardeal Este e põe-se no ponto cardeal Oeste. - no dia do solstício de verão, o Sol nasce e põe-se mais a norte relativamente à posição ocupada nos equinócios. Já no dia do solstício de inverno, o Sol nasce e põe-se mais a sul. 8

12 Escolher um local com referências no horizonte de onde seja possível tirar uma foto do pôr-do-sol. Tirar uma foto em cada um dos dias sugeridos acima. Figura 8 Posição do Sol no ocaso em quatro dias diferentes. Atividade 4 construção do relógio de Sol Resumo da atividade Aproveitando o estudo da posição da sombra realizado na atividade 3, pode concluir-se que a formação da sombra e variação do seu comprimento é um fenómeno que ocorre todos os dias de forma sequencial. Este facto permite a construção de um Relógio de Sol. Os egípcios utilizavam este método para determinar o tempo usando a sombra de obeliscos majestosos. Os egípcios dividiam o dia em 24 horas: doze horas de luz e outras doze horas de escuridão e nas praças romanas era comum encontrar relógios de Sol. Protocolo da atividade Material: - modelo do relógio kit Latitude e Longitude; - palhinha; - bússola; - cola; - tesoura. 9

13 Procedimento Depois de recortar pela linha indicada a verde, seguir as instruções do esquema (cf. anexo 1). Figura 9 Indicações para construção do relógio de Sol equatorial. Como funciona um relógio do Sol equatorial Nesta ilustração, considera-se o movimento aparente do Sol, ou seja, imagina-se que é o Sol que se move à volta da Terra num dia de verão no polo norte. Considerando um plano horizontal colocado no por do sol (base do relógio) e uma vara na vertical (gnómon), verifica-se que a cada hora que passa, a sombra do gnómon roda 15. Usa-se como referência para a posição da sombra a linha de longitude 0 - o meridiano de Greenwich. Figura 10 Evolução da sombra no polo norte, no verão. 10

14 Figura 11 Evolução da sombra no polo norte, no verão, visto de topo. O Sol encontra-se fixo e a Terra realiza o movimento de rotação representado pela seta a vermelho. Ao final de uma hora, a Terra rodou 15 e, passada outra hora, rodou mais 15. Depois de 24h, a sombra dividiu o disco em 24 partes iguais. Para um relógio do sol deste tipo, isto só acontece nos polos durante o verão. Para lugares com outras latitudes é necessário ajustar a posição da base do relógio para que cada hora também corresponda a uma variação de 15. Devido à distância da Terra ao Sol ser muito grande, os raios solares são paralelos uns aos outros quando incidem na superfície terreste. Figura 12 Incidência dos raios solares no inverno e no verão. Quando é verão, no hemisfério norte, o eixo da Terra está orientado para o Sol. Uma consequência desta inclinação é o sol nunca se pôr durante esse tempo no Polo Norte, estando sempre acima da linha do horizonte. No inverno a situação inverte-se, e o Sol nunca nasce. Para se ter um relógio de sol equatorial, a sua base, onde estão indicadas as horas, tem de ser paralela ao paralelo do equador e o gnómon tem de ser paralelo ao eixo da Terra. Seguindo estas regras, teremos um relógio equivalente ao apresentado nos pólos norte e sul, em que a base está colocada na horizontal. 11

15 Figura 13 Posição de relógios em diferentes latitudes. Para a nossa latitude, que varia entre 38 N e 42 N, o relógio tem de respeitar a seguinte inclinação: Figura 14 Pormenor da construção de relógio do Sol para as latitudes de Portugal. A letra ϕ corresponde à latitude do lugar, enquanto α corresponde à co-latitude: = 90, o que significa que o ângulo entre o gnómon e o chão é igual à latitude nesse local. A parte superior do relógio de Sol equatorial é indicada para utilizar no verão e a parte inferior utiliza-se no inverno. 12

16 Referências bibliográficas Falk, D. (2009), In Search of Time: The Science of a Curious Dimension. Canada: Emblem Editions. Estudo do Meio 3º ano (2012), Projetos Desafios, Lisboa: Santillana Trampolim 4 (2006), Porto: Porto Editora Ramos A., Ramos E., Bonifácio V. A astronomia enquanto actividade interdisciplinar e interescolar - dois projectos experimentais. Em Isabel Malaquias e Vítor Amaral, coordenadores, Física Traçando o Futuro, 16º Encontro Ibérico para o Ensino da Física, Aveiro

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