Eletromagnetismo no Ensino Médio

INTRODUÇÃO

Durante a aplicação do planejamento de ondas pude identificar que era preciso retomar alguns conteúdos para concluir os estudos de Óptica, atingindo os objetivos propostos inicialmente nesse planejamento. Desenvolvemos alguns temas e atividades com os alunos em sala de aula e sentimos a necessidade de dar uma AULA SÍNTESE com o objetivo de organizar suas idéias e formalizar os conteúdos que foram trabalhados.

Na aula síntese, a fala dos alunos foi utilizada como uma semente que pode germinar no campo do modelo cientifico. Durante as atividades, a semente bem cuidada, ou seja, bem interpretada e encaminhada favoreceu a organização das idéias dos alunos para a construção de um modelo científico, necessário para continuidade do estudo de ondas.
Durante a apresentação da aula síntese é importante apontar e mostrar trabalhos realizados pelos alunos para verificarem o que fizeram antes e depois de algumas aulas; isso possibilita analisar melhor o que está ocorrendo, por exemplo: a representação de ondas com barbante favoreceu o estudo das características (FREQUÊNCIA, PERÍODO, AMPLITUDE, COMPRIMENTO DE ONDA, VELOCIDADE) e das RELAÇÕES ENTRE ESSAS GRANDEZAS FISICAS.

Outras atividades propostas no planejamento contribuíram para estruturar a aula expositiva de síntese: as atividades realizadas sobre a produção de ondas com mola, corda e na água contribuíram para a observação do comportamento das ondas produzidas e representações das mesmas. A partir do confronto com o modelo de onda do aluno pude discutir o conteúdo focalizando em COMO e ONDE pode ser gerada a onda que representaram em seus cadernos. Pude então salientar a propriedade da idéia de PERTURBAÇÃO e dar condições para a sua PROPAGAÇÃO.

Com a cuba de ondas na água (verificar no planejamento a referida atividade), retomei o fenômeno através de demonstração para apontar os seus efeitos essenciais - a PERTURBAÇÃO que se PROPAGA num meio (água) que permite a formação das ondas, com a característica da OSCILAÇÃO do meio sem deslocar água., permitindo também a identificação da AMPLITUDE e da FREQUÊNCIA.
A retomada da atividade com a cuba de ondas estabeleceu um vínculo entre o professor e o aluno que puderam "DIALOGAR" favorecendo a participação sem manipulação, a observação, a análise das ideias referentes ao conteúdo para um encaminhamento que acrescentou e retomou com maior significado o conteúdo estudado.

OBJETIVO

Sintetizar o conteúdo de ondas apresentados em sala de aula através das falas e respostas dos alunos durante a aplicação das atividades.

No primeiro semestre fizemos um estudo sobre o comportamento da luz ao incidir sobre alguns objetos e materiais diferentes:
a) Como e porque enxergamos os objetos ao nosso redor: FENÔMENO DA REFLEXÃO DA LUZ
b) Comportamento da luz em superfícies áspera, lisa e polida: AS LEIS DA REFLEXÃO DA LUZ.
c) A câmara escura: A LUZ CAMINHA EM LINHA RETA.
d) A luz atravessa meios tranparentes diferentes: REFRAÇÃO.
e) O comportamento da luz ao passar por uma lente de óculos: REFRAÇÂO EM LENTES DELGADAS.
f) Esses estudos permitiram criar um modelo sobre a natureza da luz: o MODELO CORPUSCULAR.
g) Num ambiente escuro ao incidir uma luz laser sobre um fio de cabelo o comportamento da luz é diferente: DIFRAÇÃO.

O QUE PARECE ESSA FIGURA?

A partir da atividade do fio de cabelo, verificamos que o modelo Corpuscular não dava conta de explicar o fenômeno de Difração. A luz se apresentava de forma diferente. Então, sugeri que estudássemos ondas, com objetivo de verificar se as características das ondas serviriam para explicar a figura aqui apresentada, introduzindo um outro modelo para a luz, denominado de MODELO ONDULATÓRIO.

As estratégias utilizadas para o referido estudo foram baseadas em questionamentos e respostas dos alunos, discussões em sala e aplicação de atividades.

Atividades realizadas: representação da onda com mola e barbante, Cuba de ondas e estroboscópio, laser incidindo sobre o fio de cabelo, Berço de Newton, Elasticidade.

Alguns questionamentos, respostas de alunos e apresentação de atividades proposta em sala
a) O que você associa com a palavra onda?
Aluno: Ondas sonoras, ondas do mar, ondas cerebrais, ondas mecânicas etc.

b) O que essas idéias de ondas têm em comum?
Aluno: Todas são ondas.

c) Como e onde pode ser gerada a onda?
Aluno: O vento e a água formam as ondas. As ondas é o mar.

d) Como a onda é o mar?
Aluno: O mar está sempre fazendo onda.

e) Qual é a maquininha para tal efeito?
Aluno: A onda quebra e faz espuma.

f) Em que meios acontecem as ondas?
Aluno: Na água e no mar.

g) Porque as ondas andam?
Aluno: O vento empurra a água.

h) Com um pedaço de barbante represente uma onda sobre sua carteira.

i) O que foi necessário para produzir a onda?
Aluno: Força.

j) O que aconteceu com as extremidades do barbante?
Aluno: Uma extremidade está sendo segurada pela mão e a outra está solta.

k) Represente dois tipos de ondas diferentes lembrando que o comprimento dos barbantes é igual.

l) As representações das ondas realizadas são iguais ou diferentes? Explique.
Aluno: São diferentes. A primeira é mais rápida.

m) Marque um ponto no barbante. Descreva o movimento realizado por esse ponto quando a onda passar por ele.
Aluno: O ponto fica parado.O ponto flutua.
Aluno: o ponto sobe e desce.

Através das falas dos alunos, respostas e representações criaram-se condições de confrontar e associar ao conhecimento científico necessário para o referido estudo, favorecendo a construção de um modelo científico do aluno.

Vamos verificar algumas situações que foram possíveis:

1) Ondas sonoras, ondas do mar, ondas cerebrais, ondas mecânicas, ondas eletromagnéticas etc. Todas são ondas.
Ao dar essas respostas o aluno parece querer dizer que EXISTEM TIPOS DE ONDAS DIFERENTES

2) É preciso força para produzir a onda.
Mão e corda perturbam o meio provocando a propagação da onda. PERTURBAÇÃO.

3) O vento e a água formam as ondas. A onda é o mar. O mar está sempre fazendo onda
A onda quebra e faz espuma.
Nessas respostas está implícito como é gerada a onda, mas por outro lado o aluno percebe que a onda passa e a água retorna para o seu lugar de origem. Poderia sugerir alguns questionamentos para investigar mais o pensamento do aluno, como: onde também podem ser produzidas as ondas e como são produzidas?

4) A representação das ondas possibilitou verificar as características das ondas:
a) A quantidade de pulsos produzidos em um determinado tempo possibilitou apontar a FREQUÊNCIA.
b) O tempo de produção de um pulso representa o PERÍODO.
c) A parte mais alta da onda é denominada de CRISTA, e a mais baixa é chamada de VALE.
d) A onda produzida depende do MEIO que será PERTURBADO.
e) Se traçar uma reta no meio da onda (ponto médio entre as cristas e os vales) podemos medir a AMPLITUDE.
f) Essa reta que é traçada representa o material ou a matéria em repouso.
g) A medida de um vale a outro vale ou de uma crista até a outra crista determina o COMPRIMENTO DE ONDA.

Obs.: a produção de ondas com a cuba de ondas possibilitou utilizar o estroboscópio para verificar a freqüência das ondas.

5) Relação entre as grandezas que caracterizam a onda:
h.1) As ondas representadas são diferentes. A primeira apresenta uma AMPLITUDE MAIOR.
h.2) Se aumentar a intensidade da PERTURBAÇÃO, teremos frequência maior e o comprimento de onda torna-se menor. Vimos isso com a CORDA E MOLA.
h.3) A VELOCIDADE depende do MEIO. Mantendo-se a velocidade constante, teremos, quanto menor o comprimento de ondas maior será a FREQUÊNCIA  e vice-versa.
h.4)A AMPLITUDE está relacionada com a intensidade da perturbação exercida sobre o meio e pelas características deste.

6) A primeira é mais rápida. Através de exercícios pudemos constatar que a VELOCIDADE É CONSTANTE num mesmo meio, mesmo que a PERTURBAÇÃO seja diferente.

7) A VELOCIDADE na água só muda quando a PROFUNDIDADE do meio for alterada.

8) As ondas podem ser geradas em muitos meios, depende da ELASTICIDADE do material. Isto é, as condição em que se apresentam seus átomos permite aos mesmos COMPRIMIR e voltar ao seu estado natural sem modificar o material, devido a FORÇAS RESTAURADORAS entre os mesmos.
Fizemos uma analogia do que acontece com os átomos do material quando o mesmo é comprimido com a mola e um peso junto.

9) Qual é a "maquininha" para tal efeito acontecer?
A atividade com a Cuba de Ondas permitiu observar que ao ser perturbada, parte da água se eleva e outra fica rebaixada periodicamente. Discutimos:
QUEM É RESPONSÁVEL PELA ELEVAÇÃO DA ÁGUA ?
Aluno: a força que foi produzida na perturbação.

ATIVIDADE DO "BERÇO DE NEWTON" representou como a energia é transmitida em cada pedacinho da água onde se propaga a perturbação.
Se eu soltar uma bolinha quantas bolinhas irão saltar?
Aluno: Uma bolinha.
Se eu soltar duas bolinhas?
Aluno: duas bolinhas.
O QUE ACONTECEU COM AS BOLINHAS PARA O REFERIDO EFEITO?
Aluno: a força produzida foi passando do bolinha em bolinha.
Vimos que essa força produzida é a PERTURBAÇÃO que é transformada em ENERGIA que passa de bolinha em bolinha, deslocando as mesmas e voltando para a posição inicial.

10) Aluno: O ponto flutua. O ponto fica parado. Aluno: o ponto sobe e desce.
Na produção de ondas com a mola pudemos verificar um barbante preso à mesma subir e descer o que denominamos de OSCILAÇÃO.
Pudemos concluir que: A água, a mola ou a corda ao ser provocada a PERTURBAÇÃO OSCILAM num movimento vertical para cima e para baixo E NÃO DESLOCAM A ÁGUA NA HORIZONTAL. É A ONDA QUE SE PROPAGA.

QUADRO SÍNTESE DO ESTUDO SOBRE ONDAS

Estudos realizados sobre o comportamento da luz: Reflexão, As leis da Reflexão da luz, A luz caminha em linha reta, Refração, Lentes e modelo Corpuscular da luz.

Vamos estudar ONDAS para verificar se suas características podem explicar a figura formada pelo fio de cabelo iluminado pelo laser.

Concepções dos alunos e conhecimento cientifico adquirido depois de realizada as atividade em sala.