Projeto Lumini Pesquisa

A caixa foi construída para verificar o que os alunos aprenderam sobre o processo de visão e Óptica Geométrica. O trabalho com essa caixa permite o fechamento dos conteúdos estudados de uma forma lúdica, não apenas para admiração dos objetos e materiais utilizados, mas para observação dos fenômenos físicos envolvidos que condizem com o conteúdo de Óptica proposto em sala de aula. Permite explorar a idéia de que, se vemos é porque existe luz no ambiente, mesmo que essa luz seja bastante difusa e em baixíssima intensidade, mas para enxergar um objeto a luz precisa vir do objeto e entrar no olho. Nossos olhos têm os receptores de luz na retina: os bastonetes e os cones e só iremos enxergar se o olho e o cérebro estiverem em perfeito funcionamento. Outra forma de ver o objeto é através da luz refletida pelo objeto que pode ser desviada por um espelho e atingir os olhos - as leis da reflexão da luz complementam a compreensão do fenômeno. A caixa nos permite a observação de várias situações e a análise sobre os diferentes caminhos da luz até entrar no olho e pode nos levar a entender os fenômenos físicos importantes da Óptica.

Relação entre luz e visão.
Interação da luz com materiais transparentes, translúcidos e opacos.
Fenômenos luminosos: reflexão difusa e regular, refração e absorção.

Discutir sobre a luz, suas propriedades e efeitos, além de sua importância para a visualização dos objetos: a visão não depende apenas da luz, o nosso olho tem papel fundamental.

Dimensões da caixa
20 cm de largura com 38 cm de comprimento e 16 cm de altura.

Descrição dos objetos
O₁ - cachorro verde brilhante no suporte preto
O₂ - frasco com 1/3 de glicerina com palito verde inclinado
O₃ - caixinha preta com tampa transparente com cachorro Dálmata branco
O₄ - cavalo amarelo atrás da parte opaca da caixinha preta.
O₅ - pomba com peito branco e asa marrom atrás de uma placa translúcida
O₆ - duas corujas marrons com rosa ao redor dos olhos

Descrição dos espelhos
E₁ - espelho plano 5 x 6 cm
E₂ -espelho plano 7 x 12 cm
E₃ - dois espelhos planos 3 x 6 cm formando um ângulo de 45° em relação à borda da
cartolina
E₄ - espelhos planos 3 x 6 cm formando um prisma triangular

Explorando o conteúdo
a. Organizar 7 grupos. Dois grupos observam através dos furos 1 e 2, outros dois através dos furos 3 e 4 e outros três, através dos furos 5, 6 e 7.
b. Cada aluno do grupo tem um tempo (5 s) para olhar e comentar com seus colegas o que foi visto.
c. No final, cada grupo deverá apresentar para a classe as reflexões propostas, correspondente a um dos furos observados, iniciando com a localização da fonte de luz, descrevendo o cenário e desenhando a localização dos objetos.
d. Os alunos deverão anotar os comentários dos grupos para apresentar um trabalho escrito, acrescentando outras abordagens observadas na Caixa Óptica.
e. Após o término da atividade, os alunos poderão observar através de todos os furos.

Furo 1 - Caminho da luz. Diferentes efeitos na interação luz-matéria.
fonte de luz - do lado esquerdo: lâmpada de 3V com refletor
cenário - papel preto - na parede oposta ao orifício
animais: coruja , cachorro e pomba
1 caixinha preta com tampa transparente e 1 material fosco

1. a. Olhando através do furo 1, descreva o que você vê? É possível identificar a forma e suas cores?
- uma coruja marrom com rosa ao redor dos olhos.
- uma cachorro Dálmata, branco e preto, dentro da caixinha com a tampa incolor
- vejo uma parte branca onde a maior parte da luz é refletida, ou seja, retorna para o ambiente e uma parte marrom embaçada, atrás de um material fosco incolor.
- uma caixinha preta.

b. Explicar como você vê os objetos.
Só vemos na presença de luz: se o objeto emitir ou refletir luz quando estão iluminados. Os objetos que não possuem luz própria são vistos porque a luz da lâmpada (fonte de luz primária) é refletida por eles (fonte de luz secundária) e entra no olho, trazendo informações acerca de sua forma e cor.

c. Esquematizar o caminho da luz? O que é essencial no processo da visão? Desenhar.
lâmpada > animal > olho
essencial: que a luz entre no olho.

2. A luz atravessa todos os materiais do mesmo jeito? Como podemos classificar os materiais de acordo com o comportamento da luz que incide sobre eles? O que caracteriza esses materiais?

- a tampa da caixinha - filtro transparente incolor - deixa atravessar quase totalmente a luz, permitindo ver com nitidez os objetos através dele.

- o material fosco - filtro translúcido - deixa atravessar uma pequena quantidade de luz, de forma irregular, por isso, não conseguimos ver com muita nitidez os objetos através dele.

- a parte de trás da caixinha - filtro opaco - a luz não consegue atravessá-lo, não enxergamos nada.

3. Explicar as 3 etapas do processo da visão.
a. o estímulo causado pela luz vinda do objeto.
b. os receptores de luz (bastonetes e cones) na retina do olho, onde se forma a imagem.
c. a sensação de visão, processamento das informações transmitidas do olho para o cérebro.

4. Para onde vai a luz que não atravessa os objetos? Explique.
Ela é refletida ou absorvida. A parte da energia absorvida pela superfície do meio é transformada em calor. Quando a luz incide sobre um objeto, parte da luz é refletida e outra parte absorvida ou transmitida (atravessa o objeto). Em geral, os 3 fenômenos nunca ocorrem de forma isolada.

5. Na parte de cima, o que você vê?
Uma placa vermelha onde se lê: fixa e ambiente.

6. Desafio - A. Os gatos são famosos pela visão aguçada e pela capacidade de enxergar em ambientes com pouca luz, em comparação aos humanos. Será que eles podem enxergar algo em ambientes totalmente escuros? Explique.

Não. Os olhos dos gatos têm pupilas enormes, que captam o máximo de luz disponível. Dentro dos olhos há uma camada refletora chamada tapetum, que os ajuda a enxergar com pouca luz. Ainda assim, eles precisam de luz; na total escuridão, um gato também não enxerga.

B. O fato de podermos visualizar peixes no leito do rio quando olhamos de fora da água, deve-se a que fenômeno da luz?
A refração da luz, que atravessa a água e chega até nossos olhos.

C. Por que em regiões muito profundas dos oceanos reina a completa escuridão?
Porque a luz é absorvida pela água à medida que ela se propaga em direção ao fundo dos oceanos, de modo que não chega luz a essas regiões.

A atividade 1 foi elaborada para enfatizar que a luz precisa vir do objeto. Só poderemos ver os objetos através de materiais transparente ou translúcido porque a luz pode atravessá-los total ou parcialmente, e, portanto, pode ser refletida pelos objetos e entrar no olho.

Furo 2 - Campo de visão do espelho
fonte de luz - do lado esquerdo: lâmpada de 3V com refletor
cenário - na parede oposta ao orifício - papel preto
animais: 2 corujas, cachorro, pomba e cavalo
1 espelho plano de 10 cm por 5cm, no canto esquerdo, embaixo da fonte.

1. Olhando através do furo 2, o que você vê?
Uma pomba, um cavalo, um cachorro e duas corujas.

2. Por que duas corujas? Como se explica o fato de terem visto apenas uma através do furo 1?
Através do furo 1, a 2ª coruja não estava no campo visual, logo a luz refletida por ela não chegava a esse furo. Não basta a coruja estar iluminada é preciso que a luz refletida por ela entre no olho.

3. a. Que explicação você daria para o surgimento dos outros animais?
Devido ao espelho.

b. Qual a localização do espelho?
O espelho está na parte oposta ao orifício, no canto esquerdo, embaixo da fonte de luz.

c. Esquematizar o caminho da luz para que os animais possam ser vistos? O que é essencial no processo da visão?
lâmpada > animal > espelho > olho
essencial - que a luz entre no olho

5. Acenda a luz do led da lanterna que está sobre a caixa. Olhando para cima o que você consegue ver? Por que através do furo 1 pode-se ler apenas as palavras "fixa" e "ambiente"?
Uma placa vermelha onde se lê: fixa forte e ambiente interno. Porque não basta a placa estar iluminada, é preciso que a luz refletida pela placa toda entre no olho.

6. Desafio - Vemos os objetos quando:
a. a luz ilumina esses objetos e traz a imagem até nossos olhos.
b. escapam raios de nossos olhos em busca da imagem observada.
c. a claridade da fonte de luz o torna visível.
d. os objetos emitem luz ou estão iluminados e essa luz entra no meu olho.
Alternativa d.

Essa observação foi pensada para mostrar que atrás do material opaco tem um cavalo, porém não podemos vê-lo pelo furo 1 porque a luz não pode atravessá-lo e, sem luz não podemos ver. Também não basta o objeto estar iluminado para que possamos vê-lo. Outra forma de ver o objeto é utilizando um espelho.

Furo 3 - Consequências curiosas da propagação retilínea da luz
fonte de luz - do lado direito: lâmpada de 3V com refletor
abaixo: lanterna com luz branca do led
cenário - 1 cachorro verde em um suporte de altura 4 cm
espelho de 5 cm por 4 cm do lado direito

- Com a fonte puntiforme (laser) notamos um contorno bem definido e a formação de uma região bem escura chamada sombra.
- Ao colocarmos a fonte extensa (luz do led) notamos que a sombra não tem contorno bem definido e que aparece uma região mais clara (parcialmente iluminada) denominada penumbra.

4. a. O que é sombra?
A sombra corresponde à parte que não está recebendo luz, por ter sido bloqueada por um objeto opaco, por isso, tem a forma desse objeto.

b. Qual a propriedade da luz que explica a formação de sombra?
A propagação retilínea.

5. Em que circunstância ocorrem sombra e penumbra?
A sombra se forma nos locais que não são atingidos diretamente por nenhum raio luminoso (região escura). Já a região da penumbra forma-se nos locais em que alguns raios chegam e outros são bloqueados, por isso, é um pouco mais clara.

6. Através do furo 3, dá para ler o que está escrito na placa vermelha? Justifique.
Não. Porque o filtro vermelho translúcido deixa passar apenas os raios de cor vermelha das palavras escritas em branco e absorve as outras cores.

7. Desafio - a. Num quarto escuro, uma blusa iluminada por luz branca apresenta listras de cor branca e azul. Se a iluminarmos com uma lâmpada de luz vermelha, como enxergaremos as suas cores? Por quê?
As listras de cor branca ficarão vermelhas e as azuis, pretas. O tecido branco reflete todas as cores e, como só há luz vermelha incidindo sobre ele, refletirá o vermelho. O tecido azul absorve todas as cores e reflete apenas o azul, portanto, ele absorverá a luz vermelha e não refletirá nada, aparecendo com preto.

b. Ajudem a resolver o drama dos engenheiros que projetam automóveis: - Ao estacionar o automóvel exposto ao Sol, a tendência do painel é esquentar muito. Não seria melhor pintar o painel de branco? Interiores claros tornariam o carro mais frescos e confortáveis!
O branco reflete totalmente a luz. A luz refletida pelo painel atravessaria o vidro parabrisa e parte dela seria refletida, atingindo os olhos do motorista. Por isso, o painel precisa ser escuro: interiores escuros são mais seguros, aumenta a visibilidade do motorista.

A formação de sombra comprova a propagação retilínea da luz do Modelo corpuscular de Newton.

Furo 4 - Quando a luz atinge uma superfície pode ocorrer fenômenos importantes.
fonte de luz - lado direito fundo da caixa: lâmpada de 3V
cenário - pente na abertura do tubo
espelho do lado direito de 5 cm por 4 cm

1. a. Qual fenômeno você observa quando a luz incide em um pente? Desenhar.

Reflexão regular ou especular - a luz propagando-se em um meio chega a uma superfície e retorna ao meio inicial.

b. Explicar detalhadamente
Um espelho plano em frente aos raios reflete a luz: o ângulo incidente é igual ao ângulo de reflexão (1ª Lei da Reflexão).
- os raios incidentes são os raios luminosos que incidem sobre a superfície refletora.
- os raios refletidos são os raios luminosos que retornam ao meio depois de incidir na superfície refletora.
- se a luz incidir obliquamente se desviará para outra direção: a luz é refletida no espelho exatamente no mesmo ângulo em que incidiu sobre ele.

c. Qual efeito produz a formação dos raios observados?
- os raios se formam através do efeito produzido por luz e sombra.
- a luz passa entre os vãos do dente e o pente de material opaco, impede a passagem da luz, formando sombra.

2. Qual é o tipo de reflexão que permite a visualização dos objetos aos observadores situados nas mais diversas posições? Desenhe.

Reflexão difusa - na superfície rugosa a luz é refletida em várias direções, podendo ser vista por vários observadores, nas mais diversas posições, ao mesmo tempo.

3. Desafio - a. Em pleno dia, Sol brilhante, você parado diante de um edifício alto com paredes de cores escuras. Por que as janelas envidraçadas parecem mais escuras do que as paredes?
As paredes apresentam reflexão difusa, refletindo luz em todas as direções. Já as janelas envidraçadas transmitem a maior parte da luz que chega a elas e refletem muito pouco dessa luz. Assim, elas irão mostrar-se mais escuras para uma pessoa que as observe.

b. Qual fenômeno relacionado à luz permite que possamos ver as plantas, as nuvens e as mesmas na superfície das águas de um lago?

A luz solar é refletida pelas plantas em várias direções (reflexão difusa). Uma parte dessa luz chega diretamente aos nossos olhos, permitindo que vejamos as plantas. Outra parte é refletida na superfície do lago (reflexão regular - imagem virtual).

Furo 5 - Surpreendente comportamento da luz.
fonte de luz - lado direito fundo da caixa: lâmpada de 3V
cenário - caleidoscópio
parede oposta ao orifício - R. da escadinha - Ouro Preto - MG

1. Como montar um caleidoscópio?
Prender com fita crepe, 3 tiras retangulares iguais de espelhos planos dispostos na forma de prima triangular com as faces refletoras voltadas para dentro.

2. Para a montagem do caleidoscópio, os espelhos devem formar ângulos de 60° entre si. Desse modo, quantas imagens formam a cada intersecção de 2 espelhos?
Determinamos o nº de imagens (N) formadas por 2 espelhos planos, através da expressão:
N = (360/α) - 1 onde α é o ângulo formado pelos espelhos. Portanto: N = (360/60) - 1
N = 6 - 1 = 5 imagens.

3. Quantas imagens você vê?
Com as múltiplas reflexões nos 3 espelhos forma-se um grande nº de imagens. Cada uma das imagens formadas se transforma em objeto para o 3º espelho, que também se transforma em objetos para os outros espelhos.

4. Qual o resultado: o que você vê?

Um belo espetáculo de cores e desenhos simétricos. Qualquer figura através desse conjunto tem um efeito interessante devido à multiplicação e simetria das imagens produzidas.

5. Como são formadas as figuras que vemos dentro de um caleidoscópio?
As figuras são formadas pela luz que incide entre os espelhos em seu interior.

Furo 6 - Brincadeiras Ópticas
fonte de luz - lado direito fundo da caixa: lâmpada de 3V
cenário - periscópio
1 espelho plano
a palavra PIRELLI

1. No periscópio, como os 2 espelhos devem estar posicionados?
Deve-se fixar cada espelho em uma abertura do tubo, em ângulo de 45°, um com a face refletora voltada para o outro.

2. Para conseguir ver os objetos por onde se deve olhar?
No espelho inferior.

3. Desenhar o caminho da luz.

Os raios de luz refletem de um espelho ao outro.

4. Descrever o caminho da luz.
A luz dos objetos fora da visão é refletida do espelho superior para o inferior. Os 2 espelhos refletem as imagens entre si, tornando possível ver os objetos posicionados em ângulo ou que estão acima de quem os observa.

5. Como enxergamos a palavra PIRELLI no espelho?
Com uma escrita "espelhada". Ocorreu uma inversão na lateralidade, isto é, o que está à direita da palavra aparece à esquerda na imagem.
Ao incidir sobre um espelho plano, um raio de luz é sempre refletido com ângulo igual ao seu ângulo de incidência, formando uma imagem.

6. Quais as características da imagem?
É uma imagem virtual do mesmo tamanho e simétrica ao objeto, diante do espelho e invertida lateralmente.

7. desafio - a. Por que os veículos de emergência, como ambulâncias e carro de bombeiro, têm seus nomes escritos ao contrário na parte dianteira? Explique.

Para que os motoristas dos carros que estiverem à frente, leiam ao olhar pelo retrovisor, que é um espelho plano, a palavra na ordem correta e a letra na sua posição normal, pois o espelho inverte lateralmente, o que está à direita da palavra aparece à esquerda na imagem e vive-versa.

b. Faça a escrita espelhada da palavra AMBULÂNCIA.

Furo 7 - Misterioso comportamento da luz
fonte de luz - lado direito fundo da caixa: lâmpada de 3V
cenário - 1 frasco com glicerina e um palito verde inclinado, com tampa laranja

1. O que parece acontecer com o palito verde colocado obliquamente dentro do frasco com glicerina?
- o palito parece estar quebrado exatamente no ponto em que toca a superfície da glicerina.

2. O que mais você observa?
- a palito parece estar numa posição acima do fundo do recipiente.
- a parte do palito dentro da glicerina parece mais grossa.

3. Por que a impressão de estar quebrado?
Porque o raio de luz ao passar de um meio para outro, no qual a velocidade é diferente, muda a direção de propagação. O que vemos na verdade é a imagem formada pelos raios que entram no olho após sofrer o desvio. Não o vemos na sua posição real e sim em sua posição aparente. A luz que vem da parte do palito, fora da glicerina, não sofre esse efeito.

4. O que podemos falar acerca do desvio que a luz sofre?
Os raios de luz mudam de direção, quando atravessa meios diferentes e fazem com que o palito pareça estar quebrado. Não percebemos a luz na direção em que é refletida pelo palito e sim quando sofre um desvio ao atravessar para o outro meio. É o que acontece quando a luz incide de forma inclinada em relação à superfície.

5. O que causa esse desvio?
A mudança na velocidade da luz acarreta o desvio, ou seja, alteração na sua direção de propagação. A luz viaja a velocidades diferentes através de diferentes materiais. Viaja mais lentamente na glicerina do que no ar.
- glicerina - 205 000 km/h
ar - 300 000 km/h

6. Qual é o fenômeno observado?
Refração - quando a luz chega a uma superfície que separa 2 meios diferentes e passa para o outro meio, propagando-se com velocidades diferentes.

7. Desafio - A. Se um pescador quiser fisgar um peixe lançando obliquamente o arpão, ele deverá arremessá-lo na posição em que vê o peixe? Mais acima? Mais abaixo? Justifique sua resposta.
Ela deve atirar mais abaixo, pois os raios de luz sofrem refração ao sair da água.

B. Por que as lentes permitem ampliar ou diminuir a imagem do objeto?
Porque ao sofrer refração nas lentes, a luz muda a sua direção de propagação, permitindo que nosso olho visualize uma imagem maior ou menor, de acordo com seu formato.

C. Quando a luz incide na superfície de um lago, quais fenômenos podem ocorrer?
Quando a luz incide em uma superfície que separa 2 meios, como o ar e a água, uma parte da luz é refletida, permitindo-nos ver a superfície da água, outra parte é refratada e nos possibilita enxergar o que nela estiver submerso e uma última parcela de luz é absorvida pela água, aquecendo-a.

Bibliografia
- Ciências, Física e Química, Barros,Carlos e Paulino,Wilson Roberto, Editora Ática, 8ª série, 2002.
- Ciências, Bizzo,Nélio e Jordão,Marcelo, Editora do Brasil, 8ª série, 1ª edição, 2005.
- Ciências em Cena, Garcia,Eliana, do Valle,Mariana Guelero, Retondo,Carolina Godinho, dos Reis,Cristiano Q. Melo, Escala Educacional, 9º ano, 1ª edição, 2008.
- Ciências Para Viver Juntos, Nery,Ana Luiza Petillo, Killner,Gustavo Isaac e Oliveira,Ismerindo Laube, Edições SM Ltda, 9º ano, 1ª edição, 2008.
- Passaporte para Ciências, Bemfeito, Ana Paula, Pereira, Ana Maria, Pinto, Carlos Eduardo, Santana, Margarida e Waldhelm, Mônica, Editora do Brasil, volume 4, 1ª edição, 2006.
- Ciências Matéria e energia, Gewandsznajder,Fernado, Editora Ática, 9º ano, 3ª edição, 2008.