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Motivação

EM DESTAQUE

Desenvolvimento do tema

1. Ciclo dia/noite

Logo que o dia clareia, pardais, bem-te-vis, pombos, tico-ticos, andorinhas e outras aves fazem aquele barulhão com sua cantoria. Durante o dia eles voam e procuram alimento.

Quando começa a escurecer, eles procuram as árvores, onde de novo cantam agitados. Aos poucos vão se calando. É a hora de repousarem e ficarem quietos, protegendo-se dos predadores e esperando um novo dia clarear para repetirem tudo de novo: cantoria, voos, alimentação.

Muitas corujas têm hábitos diferentes. Durante o dia se protegem e evitam a competição de outros predadores. À noite, elas saem à procura de alimento, caçando insetos, ratos, serpentes e alguns outros animais. Há, contudo, corujas que são ativas de dia, como é o caso do caburé, abordado no texto de abertura deste capítulo.

Depois do dia vem a noite. Depois da noite vem o dia. E assim a natureza repete esse ciclo indefinidamente. É uma regularidade da natureza.

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2. Ritmo biológico

Cada animal está adaptado ao ciclo dia/noite. Alguns são ativos à noite e descansam durante o dia. Outros fazem o contrário.

A maioria das espécies de coruja é ativa à noite e dorme durante o dia. Vaga-lumes e morcegos também. Os pardais são ativos de dia e descansam à noite. Assim também agem as vacas, os macacos e as borboletas. Você já viu borboleta voando à noite? Provavelmente não. O que você deve ter visto foi uma mariposa. Borboletas geralmente voam de dia, e mariposas, geralmente à noite.

Animais de uma mesma espécie se comportam da mesma maneira. Cada espécie tem o seu ritmo biológico, ou seja, o seu ritmo de vida.

As plantas também exibem ritmo biológico. Existe, por exemplo, uma planta chamada onze-horas, cujas flores ficam abertas durante o dia e fechadas durante a noite. Já o girassol é uma planta cujas flores ficam bem abertas e se movem para ficar sempre viradas para o Sol, quando o dia está iluminado. Quando escurece, elas murcham um pouco.

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3. O seu ciclo dia/noite

Todo ser humano tem seu ciclo dia/noite, também conhecido como ritmo circadiano. Nosso corpo precisa de descanso, e o momento mais adequado para o ser humano descansar é durante a noite.

Embora haja pessoas que gostem de dormir mais e outras que gostem de dormir menos, todas necessitam de repouso. Quem dorme tempo insuficiente pode ficar irritado e, certamente, não terá disposição para praticar esportes, brincar e participar de atividades escolares. Esse é um dos problemas enfrentados por quem fica até tarde da noite em frente ao computador ou assistindo à televisão.

Estabelecer horários regulares para deitar e levantar ajuda a ter uma vida regrada e sadia. Dormir demais e acordar tarde prejudica o sono na noite seguinte.

Para dormir bem, procure deixar o ambiente calmo, evitando possíveis fontes de ruídos. Algumas horas antes de dormir, procure não tomar café, chás escuros e refrigerantes que contenham cafeína, uma substância que, para a maioria das pessoas, tira o sono.

Existem pessoas que, por causa do trabalho, precisam ficar acordadas à noite e têm de dormir de dia. Como isso não está de acordoacôrdo com o ritmo biológico natural do ser humano, muitas pessoas acabam não se adaptando a esses empregos. Pior ainda é o caso de alguns profissionais que têm rotinas de trabalho que os obrigam a dormir durante o dia, algumas vezes, e durante a noite, outras vezes. Isso “bagunça” o organismo, que pode não conseguir se adaptar a tantas mudanças. Como consequência, o indivíduo não descansa, pode ficar estressado e ter problemas de saúde.

4. Latitude e longitude

A partir deste ponto do capítulo, estudaremos alguns acontecimentos que podem depender da latitude em que uma pessoa está situada no planeta Terra. A latitude expressa, em graus, o quanto um ponto está afastado da linha do Equador. Um paralelo é uma linha imaginária que passa por todos os pontos com a mesma latitude (veja exemplo na figura A).

A longitude expressa, em graus, o afastamento de um ponto em relação ao Meridiano de Greenwich, escolhido como referência. Um meridiano é uma linha imaginária que passa por pontos que apresentam mesma longitude (veja exemplo na figura B).

Fonte: SHIPMANShipméãn, J. T. et alêti áli. An introduction to Physical Science. 15.décima quinta ed.edição Bostonbóston: Cengage, 2021. p.página 434.

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5. O período diurno tem sempre a mesma duração?

Você já percebeu que, no verão, o Sol aparece mais cedo e se põe mais tarde, e que no inverno acontece o contrário, ou seja, clareia mais tarde e escurece mais cedo? Observe o mapa a seguir. Se você mora em locais próximos à linha do Equador (essa linha é imaginária), isto é, locais com latitude bem próxima de 0°grau, não deve ter observado nada disso. Se você mora longe dessa linha, provavelmente já percebeu.

O nosso país é tão grande que moradores de diferentes regiões vivenciam, às vezes, diferentes manifestações de um mesmo acontecimento natural, como, por exemplo, os horários do nascente e do poente diários do Sol.

De fato, quanto maior a latitude do local em que uma pessoa mora, mais ela consegue perceber que os períodos diurno e noturno não têm durações iguais ao longo do ano.

6. A variação dos períodos diurno e noturno ao longo do ano

Nas localidades não muito próximas à linha do Equador, a duração dos períodos diurno e noturno varia no decorrer do ano. Há um dia em que o período diurno é o mais longo do ano e o período noturno é o mais curto. No Hemisfério Sul, essa data ocorre em dezembro e é conhecida como solstício de verão. Há, também, um dia no ano em que acontece o contrário: o período diurno é o mais curto e o período noturno é o mais longo. No Hemisfério Sul, essa data ocorre em junho e se chama solstício de inverno.

No ano, há um dia em março e um dia em setembro em que o período diurno e o noturno têm a mesma duração. São as datas, no Hemisfério Sul, do equinócio de outono e do equinócio de primavera, respectivamente.

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Fonte: Esquema elaborado a partir de dados de HENDRIXRrendrix, M. S.; THOMPSONtompison, G. R.; TURKTurk, J. Earth Science: an introduction. 3.terceira ed.edição Bostonbóston: Cengage, 2021. p.página 442-443.

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7. As estações do ano

As estações do ano — primavera, verão, outono e inverno — são os períodos de aproximadamente três meses cada, entre um solstício e um equinócio. A tabela a seguir mostra como é a divisão em estações nos dois hemisférios.

Fonte: Tabela elaborada a partir de dados de HENDRIXRrendrix, M. S.; THOMPSONtompison, G. R.; TURKTurk, J. Earth Science: an introduction. 3.terceira ed.edição Bostonbóston: Cengage, 2021. p.página 442-443.

Se você observar a tabela, perceberá que, quando é inverno no Hemisfério Sul, é verão no Norte. E vice-versa: quando é verão no Hemisfério Sul, é inverno no Norte. O mesmo vale para primavera e outono. As estações nos dois hemisférios se relacionam de modo regular.

A distinção de clima nas quatro estações não existe com clareza em todo o nosso país. Quanto mais próximo à linha do Equador (baixas latitudes), menores são as diferenças climáticas entre verão e inverno. Por outro lado, quanto mais nos aproximamos do sul do país, distanciando-nos portanto da linha do Equador (maiores latitudes), mais nítida passa a ser a diferença climática entre as estações, principalmente as diferenças de temperatura entre um verão quente e um inverno frio.

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Em várias regiões do país existe uma clara distinção, ao longo do ano, entre uma época que é bem chuvosa e outra que é mais seca.

EM DESTAQUE

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8. O nascente e o poente do Sol

O Sol é a estrela mais próxima da Terra. A trajetória aparente do Sol no céu não é exatamente a mesma todos os dias do ano, assim como não é sempre no mesmo local que o Sol nasce (o nascente) nem é no mesmo local que ele se põe (o poente, ou ocaso). Dizemos que a trajetória do Sol é aparente porque, na realidade, é a Terra que está em movimento.

A trajetória aparente do Sol no céu varia de acordoacôrdo com a época do ano. Como ilustram os esquemas a seguir, as trajetórias mais ao norte e mais ao sul são percorridas nas datas dos solstícios.

O nascente ocorre exatamente no ponto leste e o poente ocorre exatamente no ponto oeste apenas na data do equinócio de outono e na do equinócio de primavera, ou seja, apenas duas vezes por ano. Nos outros dias, o nascente se dá no lado leste, mas não exatamente no ponto leste. Assim como o poente acontece no lado oeste, mas não perfeitamente no ponto oeste.

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Motivação

Esta atividade deverá ser realizada em grupos.

Objetivo

Cada equipe vai precisar de:

• globo terrestre escolar
• vareta de madeira (cabo de vassoura, por exemplo)
• local plano no qual seja possível espetar a vareta verticalmente e que receba luz solar direta durante todo o período diurno
• cartolina ou papel bem grande
• quatro tijolos
• régua e lápis (ou outro material de escrita apropriado) para escrever na cartolina

Procedimento

1. Observem um globo terrestre escolar. Localizem os meridianos. Pesquisem se existem apenas os meridianos mostrados nesse globo ou se existem outros.
2. Pesquisem, em um dicionário da língua portuguesa ou em outra fonte de informação, a origem da palavra meridiano e o seu significado original. O que esse significado teria a ver com os meridianos que aparecem no globo escolar?
3. Espetem uma vareta perpendicularmente ao solo em um local plano em que possa registrar a sombra dessa vareta, a intervalos regulares (por exemplo, a cada hora) durante um dia todo, como mostra a figura. O que acontece com a posição e o comprimento da sombra ao longo do dia?
4. Proponham uma explicação para o resultado observado. Esse resultado tem relação com o movimento do Sol ou da Terra? Se necessário, usem o globo escolar para auxiliar na explicação.
5. Pesquisem o que é a bissetriz de um ângulo.
6. Utilizando novamente a vareta perpendicular ao chão, desenhem no solo (ou em um papel fixado nele) a sombra da vareta em algum momento da manhã. Durante a tarde, desenhem a sombra no momento em que ela estiver exatamente com o mesmo comprimento do desenho feito pela manhã. (Vocês não precisam ficar observando a tarde toda, pois o experimento anterior dará uma ideia do horário em que isso acontecerá.)
7. Tracem a bissetriz do ângulo formado pelas duas sombras desenhadas. Essa bissetriz dá a direção do meridiano local.
8. Após traçar o meridiano local, vocês saberiam: localizar o norte? Localizar o sul?
9. Expliquem o que o meridiano local tem a ver com a posição do Sol ao meio-dia.

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Desenvolvimento do tema

9. Solstícios e equinócios

Rotação e translação terrestres

O complexo movimento da Terra pode ser decomposto em componentes, dois dos quais são a rotação e a translação. A rotação terrestre é o giro do planeta ao redor de um eixo imaginário que atravessa o planeta do Polo Norte ao Polo Sul.

A rotação terrestre origina os dias e as noites. A metade do planeta iluminada pela luz solar está no período diurno e a metade escura encontra-se no período noturno.

O movimento da Terra ao redor do Sol é denominado translação. Uma volta ao redor do Sol é completada em aproximadamente 365,25 dias.

O eixo imaginário de rotação terrestre não é perpendicular ao plano de sua órbita, mas, sim, inclinado 23°graus27’minutos em relação a essa perpendicular. Ao longo do ano, a Terra posiciona-se conforme mostra o esquema seguinte.

Fonte: SHIPMANShipméãn, J. T. et alêti áli. An introduction to Physical Science. 15.décima quinta ed.edição Bostonbóston: Cengage, 2021. p.página 434.

Equinócios

Os desenhos 2 e 4 representam situações semelhantes. Se observado de outro ponto de vista, o planeta aparece, em ambos os equinócios, como mostrado na figura A*nota de rodapé .

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Perceba que exatamente metade do Hemisfério Norte está iluminada e metade não está. O mesmo acontece no Hemisfério Sul. Isso explica por que, nos equinócios, tanto o período diurno como o perío­do noturno têm a mesma duração nos dois hemisférios.

Solstício de dezembro

A figura B equivale ao desenho 1, representado anteriormente, que mostra o planeta no solstício de dezembro.

Perceba, pelo desenho, que em cada hemisfério a área iluminada e a área escura não têm a mesma extensão.

No Hemisfério Norte, a área iluminada é menor do que a área escura e, por esse motivo, o período noturno é mais longo que o período diurno. Já no Hemisfério Sul, ao contrário, a área iluminada é maior do que a área escura. Como consequência, o período diurno é mais longo que o noturno.

Agora observe a linha do Equador: metade dela está iluminada e metade está escura. Isso significa que os habitantes de localidades situadas sobre essa linha, ou próximas a ela, vivenciam períodos diurno e noturno com igual duração.

Solstício de junho

A figura C equivale ao desenho 3, representado anteriormente. A situação de iluminação dos hemisférios é a inversa da que ocorre no solstício de dezembro.

Os habitantes do Hemisfério Norte observam que o período diurno é mais longo que o noturno. Isso se explica pelo fato de a área iluminada dessedêsse hemisfério ser maior que a área escura. Os habitantes do Hemisfério Sul, por outro lado, vivenciam o período noturno mais longo do que o período diurno, pois a área iluminada pelo Sol é menor do que a área não iluminada.

Fonte das ilustrações: SHIPMANShipméãn, J. T. et alêti áli. An introduction to Physical Science. 15.décima quinta ed.edição Bostonbóston: Cengage, 2021. p.página 448.

Nas figuras A, B e C, vemos que a linha do Equador está, permanentemente, metade iluminada e metade escura. Por isso, durante todo o ano, os períodos diurno e noturno têm igual duração para as localidades situadas nessa linha ou bem próximas a ela.

Fonte: AHRENSÉrens, C. D.; HENSONHenson, R. Meteorology todayMitiorólogy Todêi. 12.décima segunda ed.edição Bostonbóston: CengageCêngueij, 2019. p.página 63.

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10. A trajetória diária aparente do Sol

Chegou o momento de entender como o modelo de translação da Terra ao redor do Sol, apresentado anteriormente, permite explicar por que observadores em diferentes latitudes veem, num mesmo instante, o Sol em posições diferentes.

Para ficar mais fácil, vamos representar a Terra por meio de uma esfera na qual não ilustraremos oceanos e continentes. Nela, vamos representar cinco observadores como “bonequinhos” de cores diferentes, ilustrados numa mesma longitude e num tamanho desproporcional, exagerada­mente grande.

Junto a cada observador, vamos representar a direção vertical por um tracejado preto. Uma pessoa pode facilmente determinar a direção vertical pendurando, por exemplo, uma pedra num barbante. Após o barbante parar de oscilar, ele estará indicando a direção ­vertical.

Um chão plano, corretamente nivelado, é um plano horizontal perpendicular à direção vertical. O chão plano também será ilustrado sob os pés de cada observador. Partindo dessas considerações, temos o que aparece no esquema a seguir.

A figura A, a seguir, representa a Terra no equinócio de março ou no de setembro. Perceba que os raios de luz solar, que são paralelos entre si, atingem o chão das diferentes latitudes com inclinação diferente. Junto à figura A, aparecem cinco desenhos que ilustram a posição em que o Sol é visto, ao meio-dia, pelos observadores. Os observadores veem o mesmo Sol, porém de diferentes latitudes. Por isso, recebem os raios solares com diferentes inclinações.

As figuras B e C ilustram a Terra, respectivamente, nos solstícios de dezembro e de junho. Analisando-as, você poderá perceber como, para um mesmo observador, a inclinação dos raios solares se altera ao longo do ano. Na verdade, é a inclinação do observador em relação aos raios da luz solar que se altera à medida que a Terra orbita em torno do Sol.

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11. Evidências da esfericidade da Terra

A partir da década de 1960, muitos satélites artificias foram colocados em órbita do planeta e possibilitaram fotografá‑lo. As imagens obtidas indicam claramente que o planeta Terra é esférico, confirmando e registrando os relatos feitos por astronautas em missões espaciais. De fato, por meio de diversas outras evidências, o ser humano já sabia do formato da Terra muitos séculos antes desses avanços tecnológicos.

Um dos primeiros a sugerir que a Terra é esférica foi o filósofo e matemático grego Pitágoras, há mais de 2.5002500 anos. Além de ser influenciado pela esfericidade dos corpos celestes que podia observar, como a Lua e o Sol, ele considerou uma evidência obtida durante eclipses lunares. Esse tipo de fenômeno acontece quando a Lua, a Terra e o Sol, em seu movimento relativo, ficam alinhados estando a Terra entre o Sol e a Lua. À medida em que esses astros se alinham, a sombra da Terra (iluminada pelo Sol) é projetada na Lua, e o formato dessa sombra indica que o planeta Terra é esférico, e não um disco, uma placa, um cubo ou um paralelepípedo.

Antes mesmo de Pitágoras, os marinheiros já tinham observado que o topo dos mastros dos navios eram avistados na linha do horizonte bem antes de o casco ficar visível. Essa observação (que podemos fazer em uma localidade litorânea portuária, usando binóculos em um dia com boa visibilidade) é compatível com um planeta esférico.

Fonte: FEATHER, R. M. et alêti áli. Earth Science. Nova York: Glencoe/McGraw-Hill, 2004. p.página 660.

Cercacêrca de três séculos depois de Pitágoras, outro pensador da civilização grega da Antiguidade, Eratóstenes, determinou a circunferência da Terra (isto é, o comprimento de uma volta ao redor do planeta pela linha do Equador). Ele foi o diretor da maior biblioteca que existia no mundo, na época, que ficava na cidade de Alexandria, Egito, e pôde estudar o trabalho de muitos matemáticos e astrônomos que o antecederam. Ele também teve acesso à informação de que, todos os anos, no primeiro dia do verão, ao meio‑dia, quando o Sol está em sua posição mais alta, a luz solar iluminava o fundo de um poço existente na cidade egípcia de Assuã, a cercacêrca de 840 quilômetros de Alexandria (na época, Assuã se chamava Syene; não confundir com Siena, cidade italiana).

Eratóstenes constatou que, também no primeiro dia do verão, ao meio-dia, uma grande haste vertical existente em Alexandria projetava sombra no chão, o que indicava que a Terra não poderia ser plana porque, se fosse, a luz solar também estaria incidindo a pino em Alexandria. Medindo a inclinação da sombra em relação à haste e conhecendo a distância de Alexandria a Assuã, Eratóstenes usou princípios de geometria para determinar a circunferência da Terra, chegando a um valor bastante próximo do medido atualmente, que é de 40.03040030 quilômetros.

Existem inúmeras outras evidências científicas da esfericidade da Terra. Na atividade de encerramento desta Unidade, você terá oportunidade de pesquisar e conhecer outras.

Fonte: MARSHAK, S.; RAUBER, R. Earth Science. Nova York: Norton, 2017. p.página 743.

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12. O nascente e o poente das demais estrelas e da Lua

Observando a posição e o movimento aparente das estrelas, muitos povos antigos conseguiam se guiar em navegações noturnas e também escolher a época do ano mais adequada para o plantio das lavouras.

Uma pessoa poderá observar o movimento aparente das estrelas no céu em noites de céu limpo e longe de luzes intensas, desde que o faça durante um certo intervalo de tempo. A observação será facilitada se a pessoa utilizar árvores ou quinas de telhados como pontos de referência, em relação aos quais será possível perceber que as estrelas vão mudando de posição ao longo do tempo. As estrelas próximas ao lado oeste da linha do horizonte vão descendo até se ocultar abaixo dela. As estrelas próximas ao lado leste da linha do horizonte vão subindo gradualmente, de modo que aquelas que estavam ocultas abaixo dela vão ficando visíveis. Nem todas as estrelas têm um nascente e um poente. Dependendo do local do planeta onde o observador estiver, ele poderá verificar que determinadas estrelas são visíveis durante toda a noite.

A Lua tem seu nascente no lado leste da linha do horizonte e seu poente no lado oeste dessa linha.

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EM DESTAQUE

Fonte: Elaborado a partir de TALBERT, R. J. A. Roman portable sundials. Oxford: Oxford University Press, 2017. p.página 53.

Organização de ideias

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Use o que aprendeu

1. Existe um dia no ano em que, para os habitantes do Hemisfério Sul, o período diurno é o mais longo e o período noturno é o mais curto. Responda em seu caderno:
   1. Em que mês isso ocorre?
   2. Qual é a estação do ano que tem início nesse dia?
2. Existe um dia no ano em que, para os habitantes do Hemisfério Sul, o período diurno é o mais curto e o período noturno é o mais longo. Responda em seu caderno:
   1. Em que mês isso ocorre?
   2. Qual é a estação do ano que tem início nesse dia?
3. Existem dois dias no ano, em meses diferentes, nos quais os períodos diurno e noturno têm a mesma duração. Responda em seu caderno:
   1. Em que meses isso ocorre?
   2. Quais são as estações do ano que têm início nesses dias?
4. Onde é mais difícil perceber a variação na duração dos períodos diurno e noturno ao longo do ano: em Fortaleza (CECeará) ou em Curitiba (PRParaná)? Explique.
5. Considere o gasto de energia elétrica da prefeitura do Rio de Janeiro para a iluminação das vias públicas. Em que mês esse gasto deve ser maior: em junho ou em dezembro? Explique.

6. Se você estiver posicionado de frente para o norte, de que lado seu nascerá o Sol? E de que lado ele irá se pôr?

Explore diferentes linguagens

A critério do professor, estas atividades poderão ser feitas em grupos.

TEXTO DE DIVULGAÇÃO CIENTÍFICA

Releia o texto de abertura deste capítulo e, a seguir, faça as atividades 1 a 6.

1. O texto afirma que as corujas são aves de rapina. O que isso significa?
2. O segundo parágrafo do texto afirma que, “em sua maioria, as corujas têm hábito crepuscular e noturno”. Explique o que isso quer dizer.
3. O caburé tem hábito noturno?
4. Quais informações os autores apresentam sobre a alimentação do caburé?
5. Embora o texto não fale que as corujas se alimentam das plantas, você acha que, de alguma formafórma, as corujas dependem das plantas? Justifique sua resposta.
6. Reflita um pouco sobresôbre sua resposta às duas perguntas anteriores e, a seguir, represente em seu caderno uma cadeia alimentar da qual as corujas participem.

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TABELA

As atividades 7 a 11 se referem à tabela do item 9 do capítulo, reapresentada a seguir.

Fonte: AHRENSÉrens, C. D.; HENSONHenson, R. Meteorology today. 12.décima segunda ed.edição Bostonbóston: Cengage, 2019. p.página 63.

7. A latitude de Porto Alegre (RSRio Grande do Sul) é 30°graus sul. Qual é a duração do período diurno e do período noturno nessa cidade no dia em que se inicia:
   1. a primavera?
   2. o verão?
   3. o outono?
   4. o inverno?
8. Considere a latitude de Palmas (TOTocantins) como sendo 10°graus sul e a de Belo Horizonte (MGMinas Gerais) como sendo 20°graus sul. Qual dessas cidades tem mais tempo de luz diurna no dia em que começa o verão? E no dia em que começa o inverno?
9. Considere a latitude de Macapá (APAmapá) como 0°grau e a de Vitória (ESEspírito Santo) como 20°graus sul. Quantos minutos a mais de luz diurna um habitante de Macapá tem, em relação a um habitante de Vitória, no:
   1. equinócio de outono?
   2. solstício de inverno?
   3. equinócio de primavera?
   4. solstício de verão?
10. Qual é a duração da noite mais longa do ano em Campo Grande (MSMato Grosso do Sul)? Considere a latitude local como 20°graus sul.
11. A cidade de Puerto Santa Cruz, na Patagônia (Argentina), tem latitude 50°graus sul. Se, ao longo do ano, uma pessoa ficar acordada durante todo o período diurno desse local, é possível que ela consiga dormir ao menos oito horas todas as noites? Por quê?

Seu aprendizado não termina aqui

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Isso vai para o nosso blog!

A critério do professor, a classe será dividida em grupos e cada um deles criará e manterá um blog na internet sobresôbre a importância do que se aprende em Ciências da Natureza. Nesta atividade, a meta é selecionar informações (acessar, reunir, ler, analisar, debater e escolher as mais relevantes e confiáveis) relacionadas aos tópicos a seguir para incluir no blog.