Eletromagnetismo no Ensino Médio

Introdução

Enunciar as leis da Física ao aluno pode ser muito mais fácil do que levá-lo a sentir necessidade delas. No entanto, em uma Educação para a cidadania, queremos formar indivíduos criativos, investigativos e conscientes. Essa posição não condiz com uma relação de ensino-aprendizagem em que o aprendiz permanece passivamente absorvendo informações.
A 2ª Lei da Reflexão (i = r) é facilmente descoberta pelo aluno, mas a 1ª Lei, que diz que “o raio incidente, o raio refletido e a reta normal ao plano da superfície de incidência pertencem a um mesmo plano”, fica geralmente em um nível mais intuitivo, e os alunos não compreendem a necessidade da invenção de uma reta auxiliar (Normal) para medir os ângulos. Essa é uma atividade desenvolvida para que o aluno perceba a necessidade da reta normal e das duas leis da reflexão da luz.
A atividade consiste em investigar três raios incidentes em pontos diferentes de um espelho e a direção de seus correspondentes raios refletidos. Os raios incidentes não são coplanares para permitir a generalização. O aluno percebe que o raio refletido pertence a um plano perpendicular ao espelho e que contém o raio incidente. O professor, então, introduz o conceito da reta Normal – que será aquela que definirá o “plano perpendicular ao espelho”. O aluno até esse ponto está medindo os ângulos em relação ao espelho e, a partir dessa atividade, ele perceberá que a forma correta é medir os ângulos em relação à reta normal.

O que eu espero do aluno

Que ele perceba que essas representações podem ser feitas para qualquer raio de luz que parte de um objeto e é refletido por qualquer outro corpo, pois quando a luz é refletida em direções diversas, isso se deve a irregularidades na superfície desse corpo, ocorrendo a reflexão difusa. Válidas para qualquer superfície (irregular, polida, superfície da água em repouso, etc), as Leis da Reflexão da Luz são as mesmas. Pode-se dizer que a característica mais importante da reflexão da luz é tornar iluminado qualquer corpo, transformando-o em fonte secundária de luz – é o que torna os corpos visíveis de diversas posições.

Reflexão difusa

Reflexão regular ou especular

Conteúdo

Leis da Reflexão da Luz

Objetivo

Comprovar que o plano que contém o raio incidente (i) e o raio refletido (r) é perpendicular ao espelho e contém a reta Normal.

Material

- 1 lanterna laser
- 1 transferidor
- 1 esquadro
- 1 suporte de aproximadamente 21cm x 14cm (pratinho de plástico expandido de supermercado)
- 1 espelho plano retangular de 13cm x 8cm
- 1 placa de aproximadamente 24cm x 18cm (plástico expandido de frios de supermercado)
- 1 argola de 1,5 cm de diâmetro (diminuir a argola que veda a tampa da água mineral)
- 1 placa de 14cm x 8cm (plástico expandido)
- 3 cartões transparentes de aproximadamente 7cm x 10cm
- 8 palitos de espeto (2 de cada cor: azul, verde, vermelho e laranja)
- 3 palitos plástico do jogo de palito
- 3 canetas (ou alfinetes com bolinha colorida: azul, vermelha e verde)
- etiquetas adesivas pequenas (ou fita crepe) para indicar os ângulos i e r e duas setas → - ←

Procedimentos

Etapa 1:Montagem do aparato experimental

a. Faça 3 sulcos no prato que serve de suporte: na extremidade anterior para o espelho, a uma distância de 10 cm para a placa e a uma distância de 5cm um sulco menor, para a argola.

b. No sulco menor fixe a argola e no sulco anterior o espelho numa posição aproximadamente vertical, de modo que fique bem firme.

c. Na placa maior, faça 3 orifícios em alturas diferentes, numerando-os 1,2 e3. Eles devem se posicionar de tal forma que a luz do laser, partindo do orifício da argola e passando por cada um dos orifícios da placa, consiga atingir o espelho (quanto maior o espelho, mais distantes podem ser os furos)

d. Agora, posicione essa placa com 3 orifícios a uma distância de 10cm do espelho. Coloque a lanterna na argola e verifique se a luz do laser consegue atravessar os 3 orifícios e incidir no espelho (esse teste pode ser feito com um palito de espeto que atravesse o orifício, como na ilustração abaixo). Teste até acertar a posição correta da placa. Esses orifícios vão determinar o ponto de incidência dos raios no espelho.

Importante - O orifício da argola, junto com os orifícios da placa maior (intermediária), vai determinar os ângulos de incidência dos raios no espelho, delimitando a posição da lanterna laser.

Etapa 2 – Faça uma investigação

a. Ao incidir o raio através do orifício 1, marque na placa com o alfinete da cor correspondente o ponto onde aparece a luz do laser.

b. Repita o mesmo procedimento para os orifícios 2 e 3.

Etapa 3 – Montagem de um modelo para as Leis da Reflexão

a. Retire o espelho e coloque a placa menor nesse lugar.
b. Partindo da argola, atravesse um palito de cada cor através dos orifício 1, 2 e 3. Prenda-os na placa menor. Identifique esse raio colocando a etiqueta e a seta de orientação desse raio, apenas na 1ª situação.

c. Agora, atravesse os palitos da core correspondente, do ponto de incidência até o ponto marcado pelo alfinete. Prenda-os também na placa menor. Identifique esse raio colocando a etiqueta e a seta de orientação desse raio, apenas na 1ª situação.

d. Coloque o cartão transparente apoiado nos 2 raios em cada situação. (O que esse cartão representa? O plano porque 2 retas que se interceptam determinam o plano).

e. Desafio: Que ângulo faz esse plano dos raios com o espelho? Coloque o transferidor para medir esse ângulo. Faça a leitura. Leitura: aproximadamente 90º.

f. Desafio: O que podemos utilizar para comprovar que o plano está perpendicular ao espelho? O esquadro.

g. O plano perpendicular, que você encontrou no experimento, é representado por uma reta chamada de reta normal que também é perpendicular à superfície do espelho. Coloque essa reta entre os raios que representam a luz usando o palito menor, em cada situação. Prenda-os também nas placas. Usando o transferidor faça a medida dos dois ângulos entre o raio e essa reta. O que acontece com o valor desses ângulos? O ângulo de incidência e o ângulo de reflexão são iguais, em relação à reta normal.

h. Desafio: Se um raio incidente passasse pelo 4º furo da placa ( não numerado), qual seria a direção do raio refletido?O aluno deverá fazer uma previsão de qual é a direção do raio refletido, utilizando as duas Leis da Reflexão, colocando o palito laranja partindo da argola, atravessando o furo não numerado, fixando-o na placa que representa o espelho. Colocar, em seguida, a Normal perpendicular ao espelho, no mesmo plano que o raio, para medir o ângulo de incidência que vai definir o ângulo de reflexão. Colocar o palito que representa o raio refletido na direção correspondente. Em seguida ele poderá com a lanterna laser conferir se realmente a direção do raio refletido foi colocada na posição correta.
O plano desses raios estaria perpendicular ao espelho? Sim. Mas na montagem que fizemos, por causa do tamanho pequeno do espelho, pode acontecer de não estar incidindo no espelho, ou então de não refletir nos limites da placa. (Porém, não sugerimos usar um espelho maior ou uma placa maior para esse experimento, pois dimensões pequenas são mais adequadas para permitir melhor manipulação dos palitos, transferidor e esquadro, na área entre o espelho e a placa.)

Comentários Finais

Essa atividade é uma aplicação da geometria, pois dá significado geométrico à reta normal, como representante de um plano perpendicular a outro dado. O plano medido no experimento não será exatamente de 90º, pois há várias incertezas experimentais, como, por exemplo, na marca do ponto de incidência, na marca do raio refletido e outros erros experimentais.
A idéia de três direções de incidência não contidas num mesmo plano e um plano não perpendicular ao espelho, faz com que ele possa entender campo visual. Um raio com direção de reflexão fora do espelho e lançado como desafio, um plano não perpendicular ao espelho porque o aluno estaria utilizando o que ele acabou de aprender: que a direção deve estar contida num plano perpendicular ao espelho. Ele estaria utilizando a 1ª lei de forma intuitiva. E o professor poderia saber se ele entendeu a regra antes de enunciá-la.
O desafio leva o aluno a pensar e é importante para o professor perceber as suas dificuldades e as suas dúvidas ou se realmente ele está acompanhando o raciocínio da discussão.