A Óptica através do MODELLUS
Autor:Alexandre Brandão dos Santos - Colégio Estadual Doutor Adino Xavier Autor:Daniel Fernandes Serpa - Colégio Estadual Engenheiro Bernardo Sayão
Agradecimentos
Agradecemos a nossas esposas pela compreensão, apoio, carinho e pelo tempo que deixamos de passar juntos.
A nossas famílias pelo apoio, carinho e incentivo dado a todo momento.
À SEE, ao CCMN e aos nossos diretores escolares pelo apoio, incentivo e pela rica contribuição dada a nossa formação sem medir esforços.
Aos amigos pelas palavras e ações de incentivo.
Ao professor Carlos Eduardo e ao monitor Euclides, em especial, pelo apoio, incentivo e pelo amor com o qual exercem suas profissões e por tudo de bom e melhor que nos ensinam.
Resumo
Este trabalho tem como objetivo principal colaborar com o professor de Física para que, com maior facilidade, consiga transmitir os conceitos de Óptica que envolvem Espelhos Planos, Espelhos Esféricos, Refração e Lentes através da interatividade dos alunos com o programa, testando todas as alternativas possíveis e observando o que acontece com a luz (raios luminosos) e com as imagens formadas.
Introdução
Ao longo dos anos os professores de Física tem grandes dificuldades ao transmitir os conteúdos específicos devido às impossibilidades de demonstração de inúmeros fatores, como por exemplo, a luz se propagando, a inexistência de atrito, o equilíbrio dinâmico, dentre outros.
Buscando facilitar o entendimento por parte dos alunos e fazendo uso do programa Modellus do professor Vitor Teodoro da Universidade Nova de Lisboa, desenvolvemos este trabalho.
Objetivo
O trabalho que segue na verdade é um conjunto de trabalhos, um pack, para colaborar no Ensino da Física, cujo tema principal é a Óptica Física, isto é, analise quantitativa e qualitativa dos fenômenos, e estaremos abordando os tópicos:
Espelho Plano Espelho Esférico Refração
Lentes
principalmente devido ao fato de a propagação da luz e a formação de imagens serem de difícil visualização e correlação com a matemática por parte dos alunos.
A seguir apresentaremos os objetivos específicos de cada tópico, indicando seu funcionamento.
Espelho
Este tópico foi dividido em 2 grupos .
1º Grupo: Tamanho, Altura e Distâncias
Neste Caso observamos duas situações (x1 e x2) referente as posições dos objetos e suas imagens, com o intuito de mostrar que a localização da imagem está diretamente relacionada com a distância entre o objeto e o espelho.
Também neste caso observamos a relação entre a altura do objeto (y2 e y21) o tamanho do espelho e sua localização vertical, onde as medidas podem ser alteradas para observar como o espelho irá se comportar.
2ºGrupo: Deslocamento do Espelho do Objeto e da Imagem
Neste caso observamos que o deslocamento do espelho irá influenciar na posição da imagem, deslocando-a a uma velocidade que será o dobro da sua, para manter a relação de distâncias objeto-espelho, objeto-imagem e espelho-imagem, intacta.
Também neste caso é uma derivação do caso anterior onde poderemos observar como o deslocamento do objeto e do espelho irão influenciar do deslocamento e na posição da imagem
Espelho Esférico (Côncavo e Convexo)
Esta tópico vem para ajudar o professor na construção, determinação da localização exata e do tamanho de imagens, evitando que a aula se torne chata e cansativa
Neste Tópico podemos alterar • a posição do objeto (p) • a distância focal (f)
• o tipo de espelho (f<0 e f>0) • o tamanho do objeto (o)
além de sele trução da agem e observar quais são as características desta imagem (real ou virtual, direita
Objeto colocado além do centro que gera uma imagem real, menor e invertida.
Objeto colocado sobre o foco que gera uma imagem real, do mesmo tamanho e invertida.
Objeto coloc centro que g maior e invertida.
cionar quais raios luminosos (k e k1)iremos utilizar para a cons im
ou invertida, maior, menor o do mesmo tamanho). Espelho Côncavo
ado entre o foco e o era uma imagem real,
Objeto colocado sobre o foco que gera uma imagem imprópria, pois os raios são paralelos (irão se
ncontrar no infinito).
b
értice que gera uma imagem virtual, aior e direita.
exo
independente da posição do objeto, irá formar o mesmo po de imagem, virtual, menor e direita.
e
O jeto colocado entre o foco e o v
m
Espelho Conv Todo espelho convexo, ti
Refração
a situação realizada pelos autores, com a qual foram análise, e também um simulador, no qual podem e do a testar esta ou aquela situação, variando os ângulo de incidência e determinando o ângulo de refração, bem omo o ângulo limite do sistema
A situação apresentada pelos autores é composta de 3 imagens.
Na 1ª um tubo de ensaio com detergente, funciona como uma lâmina de faces aralelas, isto é, um meio que apenas desvia o feixe de luz de modo que ele fique aralelo ao caminho original. Utilizando esta imagem e os dados coletados com a juda do programa foi possível determinar o índice de refração do detergente e este sultado foi utilizado no sistema teste (simulador) para observar se e como a luz está e comportando m todos os três sistemas observados por meio das imagens (1, 2 e 3) e mbém para determinar qual o ângulo limite deste sistema composto por estas três
agens.
Este tópico apresenta um determinados alguns valores para devem ser feitas alterações de mo índices de refração e o c p p a re s ta im Simulador
Lentes
tópico de Lentes é bastante similar ao de espelhos esféricos, porém apresentam 2 focos, já que temos duas lentes, deste modo poderemos alterar os valores da posição do objeto (p), a distância focal (f), que será a mesma em ambos os lados da lente, o tipo de lente ( p>0 ou p<0), o tamanho do objeto (o) e sua disposição (o<0 ou o>0) e observar a formação das imagens, utilizando 3 raios (já que o raio que passa pelo centro não é utilizado em lentes).
ssim este Tópico irá facilitar a construção de imagens e a comprovação matemática de sua localização e tamanho para um melhor entendimento por parte dos alunos.
Lentes Convergentes Objeto colocado além do foco
irá gerar uma imagem real( após a lente ), maior e invertida
Objeto colocado entre o foco e a lente irá gerar uma imagem virtual ( antes da lente ), maior e direita
O
Lentes Divergentes Objeto
entário e Observações Importantes
É importante destacar que o fato de comparar a sala de aula com uma emonstração no computaqdor, é de grande valia para o aprendizado dos alunos, já ue na Física “VER É O MELHOR REMÉDIO” para as dúvidas.
Para o desenvolvimento deum trabalho junto aos alunos é necessário um onhecimento básico pois necessitamos de simples alterações nas condições para os istemas funcionarem, porém para a elaboração de um programa é necessário, no ínimo uma grande decicação e algum conhecimento para saber corrigir os erros que ossam aparecer.
A sugestão para se trabalhar estes sistemas é que se faça um por tempo de auls, o mínimo. Sendo possível a participação individual dos alunos (um computador por upla) a aula deve ser conduzida de modo que eles façam as tentativas e você apenas ça uma exemplo e ajude no desenvolvimento deles, sendo interessante ao final da ula que o professor realize todas as atividades para que os alunos vejam e fixem os do viável (um computador por dupla) a aula deve ser ação da turma como um todo, para que eles possam as possível. No caso da existência de uma sala de a é aconselhável a presença de um monitor para auxiliar o professor durante aula.
Você poderá observar que em todos os sistemas do pack foram destacados os ens que foram alterados (Condições Iniciais) para uma verificação mais apurada das aracterísticas de cada sistema.
colocado em qualquer ponto irá gerar uma imagem virtual( antes da lente ), menor e direita
Com d q c s m p n d fa a
conteúdo e conceitos. Não sen ilustrativa porém com a particip sanar o maior número de dúvid informátic
a it c
É recomendado que o professores teste todos os sistemas ao limite para que ossa responder a todas as dúvidas referentes a eles.
uas possibilidades:
o para que com ajuda de um sistema já pronto os tanto matematicamente como comprová-lo através deste, erando um relatório com imagens e cálculos feito manualmente e com o auxílio de ma sistema (prazo: 3 a 4 dias –duplas ou trios)
2ª propor aos alunos que projetem um sistema sobre um assunto a ser (ou que já ra) trabalhado em sala, também com relatório abordando todas as etapas do esenvolvimento (idéia inicial) até a finalização do projeto (inclusive com os sultados esperados e obtidos) . (prazo:2 a 3 meses – 4 ou cinco pessoas). Tenha uidado de pedir uma apresentação onde todos os alunos do grupo devem discutir, omentar ou realizar alguma atividade.
p
A nível de avaliação existem d 1ª - Propor um problema teóric alunos possam resolvê-los,
g u fo d re c c
O Modellus, os Modelos e Eu
Este programa tem como objetivo fazer com que você, aluno, consiga “brincar”
didático e de um caderno para que de Óptica, Istoé, testar alguns conceitos teóricos e matemáticos que você compreendeu sobre o tema.
Se você não tem muita certeza dos conteúdos deste tópico é interessante que ao “brincar” esteja acompanhado do seu material
possa correlacionar através dos cálculos (você deve fazer) e do programa o que acontece na propagação da luz e na formação da imagem como um todo.
Neste modelo “Óptica Pack”, você terá a oportunidade de observar quatro tópicos extremamente importantes da Óptica (um por tempo de aula)
1º - Espelho Plano
Formação de imagens
Tamanho e altura do espelho
Deslocamento do objeto, do espelho e da imagem 2º - Espelhos Esféricos
Côncavo e Convexo Formação de imagens Características das imagens 3º - Refração
Lei de Snell Ângulo Limite Reflexão Total
Lâmina de faces paralelas 4º - Lentes
Convergentes e Divergentes Formação de imagens
Características das imagens Foco objeto e Foco imagem.
Em todos os tópicos do modelo, você irá interagir modificando os valores nas condições iniciais, escolhendo até quais raios deseja utilizar para formar a imagem (Espelhos Esféricos).
Como sugestão é interessante que você “crie” uma situação, determine seus resultados matematicamente e compare com os resultados obtidos com os modelos.
Você pode desenvolver o seu sistema, mas para isso peça ajuda ao seu professor no que diz respeito ao funcionamento básico do programa para que fique mais simples a evolução de suas idéias.
