O estudo de um fenômeno o tempo

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O estudo de um fenômeno – o tempo

Introdução

Tão presente em nosso cotidiano, o tempo talvez seja um dos fenômenos mais difíceis de definir e conceber.

Já acostumados com ele, nem damos conta desta dificuldade. Para nós é muito intuitivo ver as horas em um relógio e interpretar a que momento do dia se refere.

No entanto, nem sempre foi assim. A origem do tempo e sua percepção vêm logicamente de uma fonte que não o relógio.

Vamos investigar.

Note as imagens a seguir e tente responder

Imagem 1 Imagem 2

Nas imagens mostradas, uma delas é foto de um amanhecer e outra de um entardecer. (é desejável que você as possa ver de modo colorido)

Qual delas é o amanhecer?

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É claro que você pode chutar a resposta e acertar. Mas pode também errar!

Sua resposta teve algum embasamento científico? (se não se lembra, veja aula sobre o método científico).

Note que apenas com as fotos não conseguimos responder à pergunta. Certamente precisaríamos estar com pelo menos uma segunda foto tirada um pouco antes ou depois para notarmos que o Sol estaria ocupando uma posição diferente em relação ao horizonte.

Esta percepção de uma sucessão de eventos, no caso, a posição do Sol, é que nos dá a dimensão de tempo. Dá-nos a dimensão de antes e depois, permitindo-nos distinguir passado e futuro.

Quando uma criança nasce, não tem ainda esta capacidade de distinguir e perceber o tempo. É justamente o claro do dia e o escuro da noite é que vão dar as primeiras noções temporais a este bebê.

Acima, o amanhecer é o da imagem 2. Agora responda:

MÓDULO - 2 | 9º ano - EF | ^Prof. Marcelo E. F. Teixeira Mar/2020

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O fato de você ter recebido esta informação garante que de fato a imagem 2 é o amanhecer? Justifique.

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Para entender, de uma forma muito lúdica, a evolução do conceito de tempo siga o link ou acesse o QR code ao lado:

https://www.youtube.com/watch?v=thhPK7OVLic

Vamos agora entender um pouco mais sobre o funcionamento de um dos medidores vistos no filme anterior. O relógio de sol.

Para nós aqui na Terra, observando o movimento do Sol desde o seu amanhecer até o entardecer foi o primeiro relógio que a humanidade teve, conferindo-lhe a noção do tempo, ainda que não soubessem conceitua-la como fazemos nesta atividade.

Enquanto ocupa posições sucessivas em seu movimento, o Sol projeta a sombra das árvores, montanhas e tudo que tem altura em relação ao solo. Esta sombra, oposta à posição do Sol, em relação ao objeto a produz, acompanha este movimento.

Registrar posições ocupadas por esta sombra permitiu a humanidade entender as horas do dia, os meses do ano e a partir daí prever quando mudaria uma estação, quando terminaria um ano e começaria outro, quando é exatamente o meio do dia.

De forma espantosa, para nós que já estamos acostumados com o dia civil registrando suas 24 horas muito bem definidas qualquer dia do ano, o Sol nos ilumina de forma diferente a cada época do ano. Daí alguns dias tem sua parte clara maior que a noite e vice-versa.

Veja este registro feito por um satélite geoestacionário ao longo de 1 ano. Nela se pode ver que em relação a Terra o Sol parece ocupar posições diferentes tais que hora ilumina mais o hemisfério sul (verão para o Sul e inverno para o norte) e hora o hemisfério norte (inverno para o Sul e verão pra o Norte)

Acesse ao link a seguir ou através do QR code ao lado

https://www.flickr.com/photos/gsfc/6175313242/in/photostream

Já sabemos que no verão a noite é mais curta que o dia claro.

Por isso a sombra registrada nos permite medir o tamanho do dia solar médio. Quando alguém usa o Sol para fazer registro do tempo e quer compará-lo com a nossa hora civil, faz-se necessário um ajuste, conhecido como equação do tempo.

Na atividade que segue, vamos construir um relógio de Sol e entender seu funcionamento.

1ª parte – a construção do relógio.

Material necessário.

- base de madeira (30 cm x 40 cm)

- madeira para construção do gnomon (pedaço de 20 cm x 5cm) espessura de 3 ou 4 mm - palito de madeira para espeto de churrasco

- cola para madeira

- papel cartão

- lápis

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Em relação à Terra o Sol descreve um movimento aparente nascendo no horizonte leste e se pondo no oeste. O eixo deste movimento é o eixo Norte-Sul da Terra. Quando ocupamos uma posição qualquer no planeta estamos em um local cujo plano horizontal (horizonte) forma um ângulo com este eixo.

Quando o horizonte é paralelo ao eixo estamos no equador da Terra e nossa latitude é 0º.

Quando o horizonte é perpendicular a este eixo, estamos em um dos polos e nossa latitude é 90º , (positiva [+] para norte e negativa [-]

para sul)

Mas quando não é nem um, nem outro, como nosso caso, este ângulo pode ser entre 0º e 90º.

Note a figura:

1. Identifique o eixo que sai do centro da Terra em direção ao polo norte. Este é o eixo em torno do qual temos a sensação que o Sol gira.

2. Identifique o personagem em pé em um ponto qualquer na superfície. Ali está destacado uma representação do horizonte no qual ele se encontra.

3. O ângulo que compreende a posição do personagem e o plano do equador é a latitude na qual ele se encontra. Este ângulo é o mesmo que o eixo paralelo ao da Terra que origina nos pés do personagem e o seu horizonte.

4. Este eixo é importante, porque é nesta direção que deve apontar o gnomon do relógio de Sol. Se assim estiver poderemos ver a projeção de sua sombra enquanto o Sol passa por sobre nossas cabeças.

Vamos finalmente à construção.

Veja os principais componentes de nosso relógio de sol ilustrado na figura ao lado.

A madeira do mostrador não precisa ser redonda como ilustrado, mas se você quiser ousar, pode caprichar na arte de seu relógio.

Pesquise modelos para se inspirar.

- A montagem do gnomon – Ele deve ser montado a partir de um triângulo retângulo na madeira menos espessa. Um dos ângulos deve ter 90º. Um dos ângulos agudos deve ter o valor da latitude local como ilustra a figura 1. Você pode ainda fazer

um recorte entre a base do triângulo e sua hipotenusa para lhe conferir um aspecto artístico mais bonito. Mas faça-o apenas depois de marcar as linhas horárias como indicado no próximo passo.

- A montagem da base e a marcação das linhas horárias – Desenhe em um disco de papelão ou cartão duro (figura 2), uma circunferência com divisões a cada 15º (por quê 15º?) a partir de seu centro.

Posicione seu triângulo construído na etapa anterior, com uma extremidade sobre a

linha base, veja figura 3, e devidamente centrada no meio do retângulo que registrará as linhas horárias. Prenda no cateto maior um palito, como estes usados para churrasco no qual a circunferência feita será

^{Figura 2}

centrada.

Figura 1

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Coloque o centro de seu disco através do palito de modo que ele acompanhe a lateral do triângulo e possa projetar suas linhas sobre a base do relógio. Veja figura 4.

Finalmente ligue as projeções à base do gnomon para marcar as linhas horárias (figuras 5 e 6). Depois é só retirar o disco e dar acabamento ao seu gnomon (figura 7 – relógio já registrando)

De um acabamento final pintando-o ou usando seladora para protegê-lo contra o desgaste de sua exposição ao tempo.

2ª parte: Instalação e leitura das horas

O relógio do Sol depende da projeção da sombra nas linhas horárias marcadas ao longo do dia e do ano. Acontece que o Sol ocupa posições variadas em cada época do ano, logo, como consequência a projeção de sua sombra também varia.

Para que se possa fazer corretamente sua leitura, a marcação da linha norte-sul deve ser precisa.

Para determinar o MEIO DIA SOLAR VERDADEIRO e a direção cardeal NORTE-SUL corretamente, que permitirão colocar o relógio em estação deve-se seguir o seguinte método.

O relógio normal é baseado num Sol fictício que faz um movimento parecido com o Sol verdadeiro. Vamos descobrir qual é a hora indicada em nossos relógios quando o Sol verdadeiro diz que é

meio dia de verdade no local onde está. Isso acontece quando o Sol cruza o meridiano local, ou seja, a linha NORTE-SUL, ou também, quando qualquer sombra é a menor do dia.

Coloque um lápis novo, comprido, apontado, de pé, sobre uma folha de papel presa numa superfície a mais plana possível.

Monte uma tabela no seu caderno contendo duas colunas. Na primeira registre as horas de 5 em 5 minutos entre 11h30min e 12h30min.

Para cada horário risque sobre a folha a sombra do lápis e meça com a régua o comprimento dela.

A direção cardeal NORTE-SUL, ou seja, o MERIDIANO LOCAL está na direção da MENOR SOMBRA.

Figura 5 Figura 3

Figura 4

Figura 6 Figura 7

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1. A que horas, ocorreu o MEIO DIA SOLAR VERDADEIRO?

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Para o registro futuro do meio dia, ao fazer a marcação da primeira sombra da manhã, trace uma circunferência centrada no lápis. Quando a sombra da ponta que o lápis marca, cair novamente sobre a circunferência traçada, temos um ângulo agudo, cuja bissetriz é linha do meridiano local.

Esta mudança na posição da sombra nos permite associar o movimento da Terra, que arbitrariamente dividimos em 24 horas.

Agora investiguemos:

Quando você não sabe algo, tome a iniciativa de investigar. Não espere a resposta vir até você!

Qual o significado das palavras:

Gnomon:

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Merediano:

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Bissetriz:

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Arbitrariamente:

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2. Quanto a Terra gira, medido em graus, em um dia de 24 horas? Por quê?

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3.

A quantos graus corresponde a 1 hora? Por quê?

4.

Pesquise: O Sol, ao meio-dia, pode projetar uma sombra em um poste? Se não, por quê? Se sim, em que condições?

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5. Para saber mais sobre a construção de um relógio de Sol, veja:

https://www.youtube.com/watch?v=5Muv7Sr1wMc

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6. No o mapa a seguir, faça o que se pede:

Localize os pontos:

X – 20°00’00’’sul; 40°00’00’’oeste Y – 20°00’00’’sul; 55°00’00’’oeste Z – 30°00’00’’sul; 55°00’00’’oeste

Indaiatuba: 23° 05' 25'' sul; 47° 13' 05'' oeste Campinas: 22° 54' 20'' sul; 47° 03' 39'' oeste São Paulo: 23° 32' 51'' sul; 46° 38' 10'' oeste

7. Veja as marcações do pontos A e B. Quando for o meio dia solar verdadeiro em A, que horas é em B?

8.

Quando for o meio dia solar verdadeiro em B, que horas é em Z (hora solar verdadeira)?

9. Campinas e Indaiatuba estão no mesmo horário? Por quê?

10. Um relógio digital marca 12h05min em Campinas. Que horas são em um relógio similar em São Paulo?

11. Um relógio de Sol marca para Campinas 12h05min. Que horas um relógio de Sol marca em São Paulo?

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Mais um problema!!!

A Terra não tem velocidade uniforme em sua trajetória ao redor do Sol, e também é inclinada em relação ao plano de sua órbita. Consequência: O horário lido em um relógio de Sol, quase sempre não é a verdadeira hora civil, aquela registrada por nossos relógios.

Para isso faz-se necessário compensar estas variações entre a hora lida em um relógio de Sol e o verdadeiro tempo civil.

Usa-se para tanto uma tabela conhecida como Equação do Tempo. Não é propósito aqui calculá-la, mas sim fazer seu uso. A seguir a equação para a época atual na cidade de Indaiatuba

.

Para entender como usá-la, devemos escolher a data da observação do relógio de Sol. Aqui por exemplo, o dia 4 de abril.

Neste dia o Sol passara exatamente no alto do relógio com três minutos de atraso. Ou seja, o meio-dia de nosso relógio já foi e o Sol ainda não está a pino. Vai estar depois de 3 minutos do relógio indicar meio-dia.

Então como ver as horas em um relógio de Sol?

1. Veja a sombra do relógio em que posição marca.

Vamos supor 11h no dia 4 de abril.

2. Veja na equação do tempo quantos minutos o relógio está adiantado ou atrasado.

No caso, o Sol está atrasado 3 minutos (-3). Logo o horário civil deveria ser 11:03h para o meridiano.

3. Você está no meridiano múltiplo de 15, no caso o mais próximo de nós é 45°.

Não. Em Indaiatuba a longitude é de 47°13’. Estamos, portanto, cerca de 2 graus diferente das 11:03h.

Se cada 15° corresponde a 60 minutos de tempo, então 2° são 8 minutos. Ou seja, se no meridiano são 11:03h, para nós, aqui em Indaiatuba ainda não são. Logo em relação a esta hora, estamos 8 minutos atrasados. Portanto o horário civil, aquele do meridiano de 45° deve ser com 8 minutos a mais, ou seja, nosso relógio de pulso ou do celular deveria indicar 11:11h.

Agora treinemos:

12. O que significa:

- solstício

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- equinócio:

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13. No dia 10 de outubro, ao ver o relógio de Sol, na cidade de Indaiatuba, um estudante registrou a sombra apontando 14:20h.

Que horas indica o tempo civil em seu celular?

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14. No dia 4 de abril, ao ver o relógio de Sol, na cidade de São Paulo, um estudante registrou a sombra apontando 10:34h. Que

horas indica o tempo civil em seu celular?

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15. Um relógio de pulso marca corretamente 8:43h em hora civil, na cidade de Campinas no dia 13 de abril. Quem estiver vendo

O estudo de um fenômeno o tempo