ENSINO DA ASTRONOMIA PARA O NÍVEL MÉDIO ATRAVÉS DE ASSOCIAÇÕES ENTRE O FUNCIONAMENTO DE UMA LÂMPADA FLUORESCENTE E UMA ESTRELA RODRIGUES, Carolina Marla 1 ; SANTOS, Márcio Francisco dos 2 ; FERREIRA, Vanessa Aparecida 3. 1 Estudante de Iniciação Científica Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais Campus Barbacena - MG. carolina_rodr@yahoo.com.br; 2 Estudante de Iniciação Científica Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais Campus Barbacena - MG. mparaquedista@gmail.com.br; 3 Orientadora Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais Campus Barbacena - MG. vanessa.ferreira@ifsudestemg.edu.br. RESUMO: A Astronomia e a Astrofísica são ciências embasadas, principalmente, em conhecimentos físicos e químicos que podem ser explicados a partir de situações práticas e corriqueiras, que escondem um grande volume de pesquisa e inovação atrás de si. No entanto, seu ensino é, por vezes, complexo e de difícil entendimento. Nesse trabalho, estudou-se o funcionamento de uma lâmpada fluorescente, explicando seus processos físicos e químicos de acordo com conhecimentos introdutórios da mecânica quântica e eletromagnetismo, aplicando os mesmos no funcionamento de uma estrela, como forma de simplificar o ensino de Astronomia. Foi elaborado um texto didático complementar, voltado para os alunos do Nível Médio, que associa, através de analogias, a lâmpada fluorescente a uma estrela, de modo a aproximar o ensino de Astronomia do cotidiano dos alunos. Palavras-chave: Astronomia, ensino, lâmpada fluorescente, estrela. CATEGORIA: (1) Nível Médio (PIBIC-Jr), ÁREA: (1) Ciências Exatas e da Terra. INTRODUÇÃO: O ensino de Astronomia é obrigatório no Brasil durante o Ensino Médio e, de acordo com o Ministério da Educação (MEC), deveria abranger não só os conteúdos da gravitação universal, como também a constituição e processo de obtenção energética estelar [1]. Contudo, quando esses conteúdos são ministrados, isso geralmente ocorre de forma rápida, porque a matriz curricular dessa disciplina é muito extensa e a maioria dos livros didáticos disponíveis não abrange todos os componentes obrigatórios. Assim, o ensino de Astronomia torna-se insuficiente. Ainda de acordo com o MEC, o ensino de Física no geral, mas principalmente de Astronomia, é algo distante da realidade dos alunos, fazendo com que a aprendizagem seja dificultada [1]. Desta forma, a elaboração de textos didáticos complementares que se utilizem de objetos e fenômenos mais próximos aos alunos é uma boa alternativa para que o conteúdo de Astronomia possa ser estudado de
forma mais simplificada e contextualizada trazendo também conceitos de Física Quântica de uma maneira acessível aos alunos do Ensino Médio. A utilização de aspectos corriqueiros da vida do aluno apresenta, na maioria das vezes uma multidisciplinaridade. A lâmpada fluorescente, por exemplo, reúne conceitos quânticos, eletrônicos, ondulatórios e químicos, que foram aproveitados nesse trabalho para construir as analogias entre as mesmas e as estrelas. OBJETIVOS: O principal intuito desse trabalho foi desenvolver um material didático alternativo, em forma de texto, para os alunos do ensino médio, que aborde o ensino de Astronomia e processos de quantização da luz baseando-se no funcionamento de uma lâmpada fluorescente, de modo a aproximar o ensino da aprendizagem. Para que esse objetivo fosse cumprido fez-se necessário analisar como os livros didáticos do ensino médio abordam os conteúdos dessa área. MATERIAL E MÉTODOS: Material: Livros Didáticos do Ensino Médio; Textos e artigos relacionados ao ensino de astronomia; Textos e artigos sobre lâmpadas; Papelão, câmera digital, rede de difração (DVD), fitas adesivas e lâmpadas. Métodos: Ao longo da realização desse trabalho, foram utilizados livros didáticos de Física do ensino médio para que fossem realizados os estudos independentes necessários à confecção do texto complementar, que constitui o principal objetivo deste trabalho. Também foram utilizados livros didáticos para analisar a forma como os conteúdos de Astronomia eram abordados pelos mesmos. Os livros analisados foram: JÚNIOR, FERRARO e SOARES (1993) (I); DOCA, BISCUOLA e BÔAS (2013) (II); BONJORNO et al. (2010) (III); STEFANOVITS (2013) (IV); OLIVEIRA et al (2010) (V); TORRES et al (2010) (VI); FILHO e TOSCANO (2013) (VII); SANTANA et al (2013) (VIII); FUKE e YAMAMOTO (2013) (IX); GUIMARÃES, PIQUEIRA e CARRON (2013) (X); ARTUSO e WRUBLEWSKI (2013) (XI); MENEZES et al (2010) (XII). Esses livros, exceto o primeiro, compuseram a lista do Fundo Nacional de Desenvolvimento da Educação (FNDE) para distribuição gratuita de livros para as Escolas Públicas de Nível Médio, no ano de 2015. Inicialmente, foi feito um estudo sobre Eletromagnetismo e Mecânica Quântica, baseado nos livros didáticos disponíveis, de modo a possibilitar a compreensão dos fenômenos ocorridos dentro da lâmpada e da estrela. Em seguida, inciaram-se os estudos sobre Astronomia, através de materiais físicos e digitais, focados no processo de obtenção energética estelar. O próximo passo foi buscar materiais de apoio sobre as lâmpadas fluorescentes, cujo estudo foi aprofundado no processo de emissão de radiação das mesmas. A análise dos livros didáticos começou com a busca pelo maior número de exemplares disponíveis e que pudessem ser adotados pelas escolas públicas. Uma vez reunidos os livros citados acima, foi feita uma análise sobre como os conteúdos de Astronomia eram abordados. Posteriormente, iniciou-se a construção do espectroscópio caseiro com o DVD como rede de difração, para que fossem fotografados os espectros da lâmpada e do Sol.
A partir de todos os estudos feitos anteriormente e dos espectros obtidos, buscou-se correlacionar os fenômenos energéticos estelares com o funcionamento da lâmpada, atentando-se para similaridades e diferenças, através de analogias. De posse desses estudos, realizou-se a confecção do texto didático complementar baseado nas comparações alcançadas na etapa anterior. RESULTADOS E DISCUSSÕES: Analisando os livros didáticos de Física para o Ensino Médio, observou-se que a totalidade dos mesmos apresenta noções dos modelos já criados ao longo da história para o Sistema Solar. Os principais conteúdos abordados pelos livros estão expressos na tabela 1, onde a cada algarismo da primeira coluna corresponde a um livro específico como referenciado nos métodos desse trabalho. O livro didático mais completo encontrado (XII) trata no segundo volume da obra os tópicos do eletromagnetismo, óptica, acústica e o Universo. No entanto, como é um livro cujos conteúdos não são apresentados na sequência didática adotada por série na maioria das escolas brasileiras, ele recebe pouca atenção por parte dos professores. Dessa forma, fica evidenciada a carência de material de apoio para que alguns conteúdos obrigatórios de Astronomia sejam abordados devidamente nas aulas. Livros didáticos Tabela 1 Livros didáticos e seus conteúdos Leis de Modelos Movimentos Kepler e Heliocêntrico de satélites gravitação e Geocêntrico artificiais universal Buracos negros Processos de emissão de radiação estelar I x x x II x x x x III x x x IV x x x V x x x VI x x x VII x x x x VIII x x x x IX x x x x X x x x x XI x x x x XII x x x x x Legenda: I - JÚNIOR; II - DOCA; III - BONJORNO; IV - STEFANOVITS; V - OLIVEIRA; VI - TORRES; VII - FILHO; VIII - SANTANA; IX - FUKE; X - GUIMARÃES; XI - ARTUSO; XII - MENEZES. O funcionamento da lâmpada fluorescente em muito se assemelha ao funcionamento de uma estrela, tornando essa um instrumento muito útil ao aprendizado de Astronomia. As comparações entre ambas para emissão de luz são resultados que tornam possível a criação do texto didático proposto. Tanto as lâmpadas fluorescentes quanto as estrelas se utilizam de energia química para trabalharem ; a lâmpada por meio da ionização de átomos de mercúrio e consequente colisão de elétrons, e a estrela por meio da fusão de núcleos de hidrogênio em hélio. Outra característica comum é a formação do plasma no interior das duas, ou seja, é a presença de núcleos positivos e elétrons livres que possibilita a obtenção de energia nos dois casos: na lâmpada a formação do plasma amplifica o processo de colisões dos elétrons da corrente elétrica gerada com os elétrons dos átomos de mercúrio; e nas estrelas é esse estado da matéria que gera uma
diminuição da repulsão de cargas e amplifica o efeito tunelamento. O núcleo estelar, que é onde acontece a produção de energia, se comporta como um corpo opaco, por sua densidade, e assim emite um espectro contínuo; enquanto a atmosfera estelar age como um gás frio, absorvendo determinados comprimentos de onda e fazendo com que o espectro de absorção estelar apresente linhas negras. Já nas lâmpadas fluorescentes, o processo é praticamente inverso: o local onde é gerada energia, preenchido com vapor de mercúrio, se comporta como um gás pouco denso e aquecido, cujo espectro de emissão apresenta poucas linhas espectrais brilhantes. É o revestimento do tubo com pigmentos fluorescentes que permite a produção de luz branca por esses objetos, pois elas passam a se comportar como corpos opacos, emitindo um espectro quase contínuo (figura 1). É justamente a análise do espectro de emissão do vapor de mercúrio que permite ao fabricante adicionar à mistura de pigmentos a substância adequada à correção das deficiências de emissão, como pode ser visto na figura 2, onde a superposição dos espectros dos aditivos do revestimento da lâmpada fluorescente propicia um espectro quase contínuo. Figura 1: Imagem do espectro da lâmpada fluorescente tirada com o espectroscópio caseiro. Fonte: o autor. Figura 2: Sobreposição dos espectros dos aditivos da lâmpada fluorescente. Fonte: o autor. CONCLUSÃO: Como resultado da análise feita nos livros didáticos, verificou-se a necessidade de serem elaborados materiais didáticos de apoio, não só como forma de facilitar e contextualizar o ensino, mas também para abranger com maior eficiência os conteúdos obrigatórios. Sabe-se que o ensino de Astronomia, Astrofísica e Mecânica Quântica é, por vezes, difícil, ainda que desperte grande interesse nos alunos. Todavia, esses conteúdos podem ser mais facilmente abordados caso sejam correlacionados com aspectos corriqueiros da vida do aluno, como a lâmpada fluorescente. Observou-se que é possível chegar a muitas analogias entre objetos distantes e próximos, como as lâmpadas e as estrelas, cujo funcionamento apresenta muitas
similaridades. Isso possibilita uma melhor compreensão de fenômenos que se tornam complexos justamente por não ser possível observá-los. AGRADECIMENTOS: À CAPES pelo apoio financeiro ao projeto e ao Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais pela oportunidade de pesquisa científica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: [1] LANGHI, R.; NARDI, R. Justificativas para o Ensino de Astronomia: O que dizem os pesquisadores brasileiros? Revista Brasileira de Pesquisas em Educação em Ciências, São Paulo, Vol. 14. n.3. p. 41-59, 2014. [2] JÚNIOR, Francisco Ramalho; FERRARO, Nicolau Gilberto; SOARES, Paulo Antônio de Toledo. Os Fundamentos da Física. v.1. 6. ed.- São Paulo : Moderna, 1993. [3] DOCA, Ricardo Helou; BISCUOLA, Gualter José; BÔAS, Newton Villas. Física. v.1. 2. ed.- São Paulo : Saraiva, 2013. [4] BONJORNO, José Roberto; et al. Física: mecânica. v.1. 1. ed. São Paulo : FTD, 2010. [5] STEFANOVITS, Ângelo. Física. v.1. 2. ed. São Paulo : Edições SM, 2013. [6] OLIVEIRA, Maurício Pietrocola Pinto de; et al. Física em Contextos. v.1. 1. ed. - São Paulo : FTD, 2010. [7] TORRES, Carlos Magno A.; et al. Física: Ciência e Tecnologia. v.1. 1. ed. São Paulo : Moderna, 2010. [8] FILHO, Aurélio Gonçalves; TOSCANO, Carlos. Física: Interação e tecnologia. v.1. 1. ed. São Paulo : Leya, 2013 [9] SANT ANNA, Blaidi; et al. Conexões com a Física. v.1. 2. ed. - São Paulo : Moderna, 2013. [10] GUIMARÃES, Osvaldo; PIQUEIRA, José Roberto; CARRON, Wilson. Física. v.1. 1. ed. São Paulo : Ática, 2013. [11] FUKE, Luiz Felipe; YAMAMOTO, Kazuhito. Física para o Ensino Médio. v.1. 3. ed. São Paulo : Saraiva, 2013. [12] ARTUSO, Alysson Ramos; WRUBLEWSKI, Marlon. Física. v.1. 1. ed. - Curitiba : Positivo, 2013. [13] MENEZES, Luís Carlos de; et al. Quanta física. v.1. 1. ed. São Paulo : Editora PD, 2010.