Eletromagnetismo no Ensino Médio

Após discutirmos com os alunos sobre os elementos das ondas e quais os fatores associados à sua propagação e que interferem na velocidade, devemos fazer uma aula síntese para dar um fechamento e uma coerência aos vários argumentos apresentados pelos estudantes em sala de aula até aqui. Devemos aproveitar este momento reforçarmos e organizar algum conteúdo que não ficou claro.

Apesar da quantidade e da heterogeneidade de exemplos, que foram levantados durantes as aulas concretas, não temos grande variedade de formulações matemáticas para explicá-los.
Os estudantes devem saber que existe uma lei geral para descrever tais fenômenos da natureza, uma descrição que pode dar conta de todos os casos, porém só iremos trabalhar com ondas na corda e na água, nas quais as características das ondas são mais visíveis. E o que muda de um caso para outro é o meio de propagação, que comporta como um meio elástico, o que torna possível a propagação das ondas.

Para darmos início de curso havíamos questionamos os alunos sobre o que é onda, onde encontramos ondas e como elas são formadas. Após ouvirmos as opiniões dos alunos, ficou acertado que as ondas precisam de uma determinada perturbação em um meio para elas surgirem.
Então nesta aula, com uma corda produzimos ondas para podermos visualizar seus efeitos e tentarmos entender seu comportamento.
Para o aluno, deverá ficar claro que se eles alterarem a frequência ou a amplitude de seus movimentos, eles terão tamanhos e perfil diferentes de ondas formadas na mola.
O aluno deverá observar a velocidade com que um pulso feito na corda viaja através dela e deverá constatar que existe uma relação com a frequência de seus movimentos em uma das extremidades osciladas.
A aula expositiva tem como objetivo levar os alunos a organizar suas ideias e compreender também como as ondas se propagam, e o significado dos outros elementos das ondas e as relações da velocidade com os meios de propagação.

Objetivo

Levar os alunos a compreender o comportamento do meio de propagação como um meio elástico que torna possível a propagação das ondas.
Ao final do curso pretende-se como objetivo, que o estudante saiba compreender o comportamento das ondas, que os alunos compreendam como ondas transferem uma perturbação de um ponto a outro. Eles devem saber explicar o que significa a frequência, o período, o comprimento de ondas e a amplitude de uma onda, além de conhecer e saber usar na solução de problemas simples a relação entre velocidade, frequência e comprimento de onda. Além disso, os alunos deverão saber que as ondas podem ser refletidas e refratadas, como na propagação da luz, além de ter a oportunidade de entender e poder explicar fenômenos como a difração e interferência das ondas.
Lembramos aos alunos, como motivação, que um grande número de fenômenos naturais está associado a processos na qual algum tipo de onda está envolvido, como por exemplo, as ondas sonoras, uma corda ou mola que vibra, ou mesmo fenômenos biológicos, como respiração e os batimentos do coração, e que as ondas eletromagnéticas estão associadas a vários sistemas de transmissão e comunicação à distância presentes no cotidiano, tais como: o rádio, o telefone, a televisão, o radar, o satélite, na área ligada à saúde temos raios-X, tomografia e operações com raio laser.

Etapas

Para começar a abordar o assunto de ondas com os alunos, pedimos que eles falassem sobre o que associam quando pensam na palavra onda. Assim que eles falavam, escrevemos no quadro. Normalmente foram surgindo varias palavras que de algum modo estavam relacionadas às ondas, porém eram palavras aleatórias, que posteriormente seriam organizadas.
Na aula inaugural pedimos que os alunos se organizassem em duplas e discutissem entre si as questões:

a) Onde encontramos ondas?
b) Como as ondas são produzidas?

Em uma segunda etapa passamos a ouvir os argumentos dos alunos, relacionando a fala deles com o que estava no quadro.
Dentro dos argumentos dos alunos, para explicar o surgimento das ondas, em várias propostas estava embutida a ideia de algum movimento para explicar a formação das ondas. Então, perguntamos como esse movimento está relacionado com o deslocamento da onda e deixamos os alunos pensando nesta proposta para a próxima aula. Na aula seguinte ficou acertado que este movimento é uma perturbação do meio que será transportado pela onda.

O caminho que foi retomado, como os alunos geralmente não falam de uma onda produzida em corda e que a maioria dos alunos em algum momento da sua vida já tenha visto, e então criamos uma onda produzida em uma mola comprida estendida no chão, oscilando uma extremidade com a outra ponta solta. Depois, em seguida, pedimos para os alunos produzirem ondas de aparências diferentes, e que tipo ou formas de movimentos eles teriam que fazer na mola para produzi-las com outras aparências.
Para o aluno deverá ficar claro que se eles alterarem a frequência ou a amplitude de seus movimentos, eles terão tamanhos e perfis diferentes de ondas formadas na mola.

O aluno deveria observar a velocidade com que um pulso feito na corda viaja através dela e deveria constatar que existe uma relação com a frequência de seus movimentos em uma das extremidades osciladas.
Perguntamos posteriormente, para os alunos se eles reconheciam, nas ondas vistas na sala, se existia uma relação com as palavras ditas por eles anteriormente.
Para a próxima aula os alunos tiveram de pesquisar em livros didáticos quais são os conceitos ou elementos que estão relacionados ou pertencentes as ondas.
Fizemos uma discussão com os alunos sobre as palavras encontras. Percebe-se que os alunos reproduzem os textos encontrados nos livros, sem procurar ter um entendimento ou compreensão desse material encontrado por eles. O objetivo desta aula é tornar as definições de conceitos científicos mais próximos do entendimento dos alunos.
Nesta aula levamos os alunos a relacionar como a frequência de oscilação de uma onda está relacionada com o movimento das ondas. Para esta aula pedimos aos alunos que produzam pulsos de ondas em uma corda com frequências diferentes, de acordo com o que foi estudado na aula anterior. Os alunos deveriam perceber que quanto maior a frequência, menores serão o comprimento de ondas das ondas formadas e que embora pareça que as ondas desloquem com mais velocidade, essa velocidade é a mesma, já que o material, ou seja, o meio por onde a onda se propaga é o mesmo.

Final

Deveremos na sequência abordar ondas na água, produzidas em uma "cuba de ondas", na qual os alunos deveram observar os fenômenos de interferência, reflexão e refração para posteriormente compararmos com o comportamento da luz.
Ao final do curso, após estudar as ondas na cuba de ondas, mostrar para o aluno uma figura de difração feita com um feixe de luz laser ao passar por um obstáculo e discutir se existe alguma semelhança ou familiaridade com a imagem observada e as ondas produzidas na cuba.
O aluno deverá saber ao final que existem vários mecanismos e fenômenos que são explicadas pelo modelo ondulatório e a luz em algumas situações tem comportamento ondulatório, assim como em outras situações, pode ter um comportamento corpuscular.