CAPÍTULO 6 Óptica
Motivação
A critério do professor, esta atividade poderá ser realizada em grupos.
Objetivo
Investigar a cor de alguns objetos sob luz verde e sob luz vermelha.
Você vai precisar de:
- folhas de papel celofane de cores vermelha e verde
- folhas de papel color set de cores vermelha e verde
- duas lanternas
- tesoura de pontas arredondadas
- fita adesiva
- sala bem escura
Procedimento
1. Recorte um pedaço quadrado (com cêrca de 4 centímetros de lado) do papel color set vermelho. Recorte outro quadrado, de mesmo tamanho, do papel verde. Coloque-os sôbre a mesa (figura A).
2. Dobre várias vezes um pedaço de papel celofane vermelho até que ele fique com 8 vezes a espessura original. Prenda esse papel na frente de uma lanterna com fita adesiva. Use o celofane verde, também dobrado até ficar com 8 vezes a espessura original, para revestir a frente da outra lanterna (figura B). Agora, quando acesas, uma lanterna emite luz vermelha, e a outra, luz verde.
- Escureça totalmente a sala. Ilumine os dois papéis coloridos que estão na mesa apenas com a lanterna que emite luz vermelha. Observe a cor de cada papel sob essa condição de iluminação.
- Repita a observação, utilizando apenas a lanterna que emite luz verde.
- Repita a observação com ambas as lanternas ao mesmo tempo. Explique o que observou.
Desenvolvimento do tema
1. Conceitos introdutórios à Óptica
Raios de luz e fontes luminosas
A luz e as manifestações associadas a ela — tais como as sombras, as cores dos objetos e as imagens produzidas pelos espelhos e pelas lentes — são estudadas por uma área da Física denominada Óptica. Este capítulo é sôbre esse tema.
O Sol, a chama de uma vela e uma lâmpada acesa são exemplos de fontes luminosas, ou seja, são corpos que emitem luz. As fontes luminosas são vistas quando a luz emitida por elas atinge os olhos de alguém.
Na figura estão representados os raios de luz emitidos por uma lâmpada acesa. Esses raios são emitidos em todas as direções, e é por isso que conseguimos ver uma mesma lâmpada acesa de qualquer lugar em que estejamos na sala.
Os raios de luz se propagam em linha reta, fato que pode ser demonstrado por meio de um experimento como o ilustrado a seguir.
Raios de luz e corpos iluminados
Na escuridão total não é possível enxergar objetos que não emitem luz, como um lápis, uma lâmpada apagada ou uma folha de papel. Só podemos vê-los se forem atingidos pelos raios de luz provenientes de uma fonte luminosa, ou seja, se eles estiverem iluminados.
Quando os raios de luz de uma fonte luminosa atingem um objeto, iluminando-o, alguns dêsses raios podem ser refletidos. O objeto é enxergado porque esses raios refletidos chegam aos olhos de alguém, como ilustra o desenho.
Independência dos raios de luz
Os raios de luz de uma fonte luminosa não interferem na propagação dos raios de outra fonte luminosa, ainda que o caminho de ambos se cruze. Isso é conhecido como princípio da independência dos raios de luz.
2. As componentes da luz branca
O experimento do início do capítulo tem um resultado muito interessante e, para que você consiga explicá-lo, é necessário, antes de mais nada, investigar a luz branca.
Em 1666, o cientista inglês izáqui nílton verificou que a luz branca proveniente do Sol é, na realidade, composta de luzes de várias cores. Isso pode ser percebido quando a luz branca passa por um prisma de vidro. Nessas condições ocorre a decomposição da luz branca nas várias cores que formam o arco-íris (item 4 do capítulo 3).
Embora popularmente se diga que o arco-íris tem sete cores — vermelha, alaranjada, amarela, verde, azul, anil e violeta —, na realidade ele tem inúmeras cores distintas, que incluem muitos tons de vermelho, de alaranjado, de amarelo, de verde, de azul (incluindo o que costuma ser chamado de anil) e de violeta.
Quando todas essas cores atingem simultaneamente o ôlho humano, elas provocam a sensação visual da luz branca. (A sensação visual é, de fato, interpretada pelo cérebro.) Para demonstrar isso, Niutom pintou um disco com as cores do arco-íris e o colocou em rotação rápida. Nesse experimento, que ficou conhecido como Disco de Niutom, o disco é visto com a cor branca, resultado da “mistura” das cores do arco-íris.
Muito tempo se passou desde que Niutom fez seus experimentos com a luz. Atualmente, os cientistas sabem muito mais a respeito das cores e de como o ôlho humano as enxerga do que se sabia naquela época. Vamos, a seguir, dar algumas noções sôbre as cores primárias de luz e também sôbre as cores primárias de corantes.
ATIVIDADE
Tema para pesquisa
O artigo “Interrogando as teorias sôbre o arco-íris”, escrito pela pesquisadora Priscila , do Museu Paraense Emílio Guêldi, apresenta diversas concepções etnocientíficas sôbre o arco-íris.
Busque o artigo na internet, leia as concepções de povos indígenas latino-americanos nele apresentadas, selecione o trecho sôbre isso que mais lhe chamar a atenção e prepare-se para expô-lo aos colegas e comentá-lo, em uma roda de conversa mediada pelo professor.
Também para essa exposição, desenvolva argumentos favoráveis à valorização, à pesquisa e à preservação dessas concepções alternativas sôbre fenômenos naturais.
3. Cores primárias de luz
Para se ter a sensação visual de branco, não é necessário que todas as cores do arco-íris atinjam nossos olhos. Se luzes de cores vermelha, azul e verde os atingirem simultaneamente, isso já será suficiente para causar a sensação visual de luz branca.
Quando duas dessas três luzes coloridas — vermelha, azul e verde — atingem simultaneamente o ôlho humano, elas causam sensações visuais que, curiosamente, não são iguais àquelas provocadas pelas luzes em separado.
luz vermelha + luz verde = sensação visual de amarelo
luz vermelha + luz azul = sensação visual de magenta
luz verde + luz azul = sensação visual de ciano
Essas “misturas” feitas com as luzes vermelha, azul e verde podem ser resumidas como mostra o esquema. Variando a intensidade dessas três cores, é possível conseguir as muitas outras cores a que estamos acostumados. As cores vermelha, verde e azul são chamadas cores primárias de luz.
Fonte dos esquemas: Elaborados a partir de Grífit, W. T.; , J. W. The Physics of everyday phenomena; a conceptual introduction to Physics. décima edição Nova York: McGraw-Hill, 2022. página 337, 338.
Use a internet
Explore luzes coloridas com o simulador: https://oeds.link/Hj3rTI. Acesso em: 9 junho 2022.
Tevê em cores e monitores de computador
Na tela de uma televisão em cores ou de um monitor de computador, consegue-se produzir grande quantidade de cores diferentes empregando-se apenas as três cores primárias de luz: vermelha, verde e azul. Essa tela é constituída por grande quantidade de pequenos filetes dessas três cores, intercalados. O aparelho funciona de modo que esses filetes emitam luz com maior ou menor intensidade e, dessa fórma, componha as várias cores que podemos ver na tela.
Numa região em que os filetes das três cores estão totalmente acesos, vemos branco. Onde todos estão apagados, tem-se o preto. Se apenas os filetes vermelhos e verdes estiverem igualmente acesos, tem-se a sensação visual de amarelo. E assim por diante.
Examine bem de perto a tela de uma tevê colorida ou de um monitor de computador em funcionamento e você perceberá as pequenas estruturas com as cores primárias. (NÃO fique olhando para a tela de perto por muito tempo para não prejudicar sua visão.)
4. Cores primárias de luz e visão
A cor dos objetos
Quando a luz branca do Sol atinge um objeto branco, todas as componentes coloridas são refletidas, chegam aos olhos da pessoa e, portanto, o objeto é visto como branco. Porém, se um objeto refletir apenas uma das cores ou apenas algumas das cores presentes na luz branca, ele será visto com a cor que reflete ou com a cor resultante da mistura das cores que reflete. Um objeto parecerá vermelho se refletir apenas a luz vermelha. Parecerá azul se refletir apenas o azul. E assim por diante. Um objeto será visualizado como preto se absorver todas as componentes coloridas da luz branca.
Imagine que vários objetos — branco, preto, vermelho, verde e azul — sejam iluminados com uma luz branca formada pelas três cores primárias de luz: vermelha, verde e azul. Cada um deles será visto com a sua respectiva cor devido às componentes que reflete. O esquema mostra exatamente isso.
Fonte: bóu, L. êti áli. Físics; . Londres: dórlin quínderslei, 2021. página 147.
ATIVIDADE
Trabalho em equipe
Reavaliem a explicação dada para os resultados do experimento da abertura dêste capítulo.
Planejem e executem dois ou mais outros experimentos que comprovem que a cor de um objeto está relacionada à cor da luz que o ilumina.
Clique no play e acompanhe a reprodução do Áudio.
Transcrição do áudio
[Locutora] A importância do reconhecimento de cores na natureza
[Locutora] A percepção das cores é uma capacidade apresentada por muitos animais, mas será que todos percebem as cores da mesma forma? E qual seria a importância da visão cromática para os animais? Para falar sobre o tema, convidamos o biólogo Wesley Rodrigues Silva, professor da Universidade Estadual de Campinas.
[vinheta]
[Wesley Rodrigues Silva] Nós dizemos que um animal possui visão cromática quando ele é capaz de distinguir algum tipo de cor na sua visão. Geralmente, esse termo visão cromática é atribuído aos animais que distinguem as três cores fundamentais — o azul, o verde e o vermelho —, além das diversas tonalidades que são produzidas pela mistura dessas cores fundamentais.
Mas nem todos os animais enxergam as mesmas cores que os seres humanos. Como a habilidade de reconhecer cores depende do tipo e da sensibilidade das células sensoriais presentes na retina do olho, e o tipo e a quantidade dessas células variam entre os animais, a percepção das cores também é diferente entre eles. Alguns mamíferos, como os leões-marinhos, alguns cetáceos e uma espécie que é chamada de macaco-da-noite, possuem apenas um tipo de cone e, portanto, eles têm sensibilidade para poucas cores. Esses animais são chamados de monocromatas.
A maioria dos mamíferos — incluindo os primatas, os macacos do continente americano — é dicromata, ou seja, eles possuem dois tipos de cones e, com isso, podem enxergar mais cores que os animais monocromatas. Mas, mesmo assim, eles ainda não são capazes de enxergar todas as cores.
Já os animais tricromatas, que são representados por alguns insetos — como as abelhas —, alguns marsupiais — que são um grupo de mamíferos que contém, por exemplo, o gambá — e os primatas de grande porte — aí incluindo a espécie humana, possuem três tipos de cones com sensibilidade para o azul, o verde e o vermelho, além de uma grande infinidade de outras cores.
Existem também animais que possuem quatro tipos de cones, o que aumenta muito a capacidade de enxergar em cores. Por exemplo, alguns insetos, anfíbios, répteis e algumas aves são tetracromatas. Alguns desses animais são capazes, inclusive, de distinguir a cor ultravioleta, para a qual nós, seres humanos, somos insensíveis.
E ainda existem animais, como borboletas e algumas aves, que são pentacromatas, ou seja, possuem cinco tipos de pigmentos.
A habilidade de perceber cores é usada pelos animais em diferentes situações da sua vida. Os animais que possuem plena visão em cores — os tricromatas e os superiores — são capazes de extrair informações complexas do mundo ao seu redor. Na alimentação desses animais, as cores são importantes, por exemplo, para informar a condição do alimento. Por exemplo: muitas plantas, cujos frutos são comidos por animais, sinalizam que o fruto está maduro por meio de cores atrativas. Flores coloridas também sinalizam para insetos, para aves e para morcegos polinizadores onde está a fonte de néctar que eles estão procurando.
Uma outra situação importante para o reconhecimento de cores em animais está relacionada à defesa, ou seja, [ao modo] como as cores podem emitir sinais que podem ser interpretados pelos animais para fins defensivos. Alguns animais que podem ser potencialmente perigosos para quem os quiser devorar — geralmente por serem venenosos ou por possuírem um sabor muito desagradável — advertem a sua condição de perigo com cores vivas e fortes, tais como vermelho, amarelo, laranja, e, às vezes, essas cores são combinadas ou misturadas com o preto.
O mais interessante é que alguns animais que não possuem características perigosas ou desagradáveis acabam imitando o padrão de cores daqueles que são perigosos, ganhando com isso uma vantagem defensiva, pois nenhum predador vai querer se meter com um animal que sinaliza que é perigoso. Isso na natureza se chama mimetismo.
Ainda no aspecto defensivo, tem a camuflagem. A camuflagem é um outro fenômeno natural em que a coloração exerce papel importante, pois as cores de um animal camuflado tornam-no disfarçado no ambiente, dificultando o seu encontro por um predador.
Mas há uma outra situação em que as cores exercem um papel muito importante também: é a reprodução dos animais. Para muitas espécies animais, principalmente entre vertebrados, a atração entre machos e fêmeas para o acasalamento depende do reconhecimento de cores também. Talvez a situação mais frequente ocorra entre as aves. Em muitas espécies de aves, o macho costuma ser mais colorido que a fêmea, e essa diferença é utilizada durante a corte. O que é a corte? A corte é uma sequência de comportamentos que os machos exibem para impressionar a fêmea. Não só os machos podem apresentar penas mais coloridas, mas também penas com formatos diferentes, que funcionam como adornos ou enfeites; tudo isso para impressionar melhor a fêmea.
Diversos cientistas espalhados pelo mundo todo investigam hoje esse universo visual dos animais e também de seres humanos. O conhecimento adquirido pelo estudo em animais tem sido muito útil para ser aplicado à saúde humana em muitas áreas, inclusive para a própria visão humana. Doenças podem ser mais bem compreendidas e tratadas quanto maior o conhecimento adquirido sobre as estruturas e os mecanismos que atuam sobre um determinado processo natural, como, por exemplo, a visão em cores.
A visão em cores
Dentro dos nossos olhos há células especializadas que captam a luz e enviam estímulos ao cérebro, que os interpreta, compondo as imagens e as cores dos objetos que vemos. Há dois tipos básicos dessas células: os bastonetes e os cones.
Os bastonetes não são capazes de distinguir cores, apenas a claridade. São células muito sensíveis e conseguem captar até mesmo pequenas quantidades de luz. São os bastonetes que nos permitem enxergar em locais pouco iluminados. Mas isso é feito sem distinguir direito as cores dos objetos.
Os cones, por outro lado, funcionam quando há claridade mais intensa. Existem três variedades dessas células: cones sensíveis à luz vermelha, cones sensíveis à luz verde e cones sensíveis à luz azul. Cada uma dessas variedades de cones consegue captar um tipo de cor primária de luz. É por isso que, com apenas essas três cores, é possível compor todas as outras cores que podemos perceber.
Daltonismo
Há pessoas que não possuem uma, ou mais, das três variedades de cones. Se nenhum dos três tipos estiver presente, a pessoa enxergará tudo em preto e branco. Mas se apenas os cones que captam uma ou duas das cores primárias estiverem faltando, então a pessoa enxergará cores, porém confundirá algumas delas.
Os casos mais frequentes de cegueira às cores ocorrem por falta dos cones que captam o vermelho ou dos que captam o verde. Tais distúrbios são conhecidos como daltonismo. Os indivíduos daltônicos não conseguem distinguir o verde do vermelho e vice-versa.
5. Cores primárias de corantes
Na infância é comum as crianças misturarem tintas e perceberem que, dessas misturas, resultam novas cores. Quando várias tintas de cores diferentes são misturadas, por exemplo, vermelha, azul e verde, obtém-se um marrom-escuro. Algumas páginas atrás, quando leu que a mistura das cores vermelha, azul e verde produz o branco, você pode ter ficado surpreso. Acontece que estávamos discutindo luzes, não corantes. Diversas cores de luzes provenientes de fontes luminosas, como uma tevê em cores ligada, podem ser produzidas a partir de três cores primárias de luzes: vermelha, verde e azul.
Quando, entretanto, falamos em cor de corantes, a coisa é um pouco diferente. As cores primárias de corantes são o magenta, o ciano e o amarelo.
corante magenta + corante amarelo = sensação visual de vermelho
corante amarelo + corante ciano = sensação visual de verde
corante magenta + corante ciano = sensação visual de azul
Fonte: Grífit, W. T.; , J. W. ; . décima edição Nova York: McGraw-Hill, 2022. página 338.
Observando o esquema de misturas de corantes, você percebe que, nessas misturas, foram obtidas as três cores primárias de luz. Como se explica isso?
Cada corante — amarelo, magenta e ciano — absorve uma determinada cor primária de luz, conforme o esquema mostra. Assim, a mistura de dois dêsses corantes absorve duas das cores primárias de luz e apenas uma é refletida.
Fonte: Elaborado a partir de Bloomfíild, L. A. How things work: the Physics of everyday life. sexta edição Hoboken: John Wiley, 2016. página 364-365.
Misturando os corantes magenta, amarelo e ciano, em proporções variadas, pode-se obter uma infinidade de outras cores. Esse é o princípio usado na impressão colorida em papel.
ATIVIDADE
Amplie o vocabulário!
Hora de debater o significado de cada conceito, redigi-lo com nossas palavras e incluí-lo no nosso blog.
• cores primárias de luz
• daltonismo
• cores primárias de corantes
EM DESTAQUE
A impressão de um livro colorido
Para imprimir um livro colorido, como este que você está lendo agora, são usadas quatro chapas. Três delas imprimem com tintas das cores primárias de corantes: magenta, ciano e amarela. A quarta chapa imprime o preto, que é usado para a maior parte dos textos e também para garantir os tons mais escuros em fotos e ilustrações.
Elaborado com dados obtidos de: Bloomfíild, L. A. How things work: the Physics of everyday life. sexta edição Hoboken: John Wiley, 2016.
EM DESTAQUE
A cor das bolhas de sabão
Quando a luz branca incide em uma finíssima camada de material transparente, sendo simultaneamente refletida pelas superfícies superior e inferior dessa camada, verifica-se que a luz refletida pode ser colorida (se a camada for suficientemente fina). Esse acontecimento pode ser chamado de iridescência, e a cor da luz refletida depende da espessura da camada.
A iridescência pode ser observada nas bolhas de sabão, nas quais podemos ver diferentes cores, especialmente o magenta, o ciano e o amarelo. Quando a luz solar ilumina uma fina camada de óleo sôbre o chão escuro molhado, também é possível observar cores produzidas pela iridescência. Alguns seres vivos, tais como os pavões e alguns peixes e borboletas, têm estruturas na parte externa do corpo (penas, películas etcétera) que, por iridescência, são responsáveis por suas colorações.
Elaborado com dados obtidos de: , A. Physics. quinta edição Nova York: McGraw-Hill, 2020.
6. Reflexão, refração e absorção
Quando os raios de luz atingem uma superfície, eles participam de três ocorrências, reflexão, refração e absorção, que podem ocorrer simultaneamente, dependendo do material e da superfície. A reflexão pode ser regular ou difusa.
Fonte: iãng, H. D.; Fríiméãn, R. A. University Physics. décima quinta edição Harlow: Pearson, 2020. página .1108.
ATIVIDADE
Amplie o vocabulário!
Hora de debater o significado de cada conceito, redigi-lo com nossas palavras e incluí-lo no nosso blog.
• reflexão da luz
• refração da luz
• absorção da luz
Motivação
Com uma lanterna acesa, em uma sala escura, você consegue projetar na parede a sombra de um livro. Com duas lanternas acesas, corretamente posicionadas, é possível projetar duas sombras dêsse mesmo livro.
Neste capítulo, vimos que a luz se propaga em linha reta e que esse fato pode ser representado por meio de raios de luz. Usando o conceito de raio de luz, como podemos explicar a formação das sombras?
Desenvolvimento do tema
7. A formação das sombras
Nos experimentos, os raios de luz provenientes da lanterna acesa se propagam em linha reta. Alguns deles atingem a parede e, por reflexão difusa, espalham-se na sala em todas as direções. De qualquer ponto da sala conseguimos ver a parede iluminada, porque os raios refletidos chegam aos nossos olhos.
Outros raios de luz vindos da lanterna atingem o livro e são refletidos difusamente por ele, sendo impedidos de chegar à parede. Na região da parede que não recebe luz direta da lanterna, tem-se a sombra do livro. Usando duas lanternas acesas, serão projetadas duas sombras do livro.
Sombra e penumbra
Dependendo da posição das duas lanternas, pode haver sobreposição de parte das sombras. A parte sobreposta é uma “sombra mais escura”, e a parte não sobreposta é uma “sombra mais clara”.
(Representações esquemáticas. As linhas azuis e vermelhas representam raios de luz provenientes das lanternas.)
Se, em vez das duas lanternas do esquema, for utilizada uma fonte de luz extensa – uma lâmpada fluorescente em fórma de tubo, por exemplo –, será projetada na parede uma grande “sombra”, que tem uma região mais escura e outra mais clara. Nesse caso, os cientistas chamam a parte mais escura de sombra, e a parte mais clara de penumbra, como mostra o esquema.
(Representação esquemática. As linhas vermelhas representam raios de luz provenientes das extremidades da fonte extensa de luz.)
Motivação
A critério do professor, esta atividade poderá ser realizada em grupos.
Objetivo
Investigar imagens formadas em espelhos planos.
Você vai precisar de:
- um dado
- uma mesa
- dois espelhos planos pequenos
(Manuseie-os com cuidado, pois podem se quebrar e você pode se cortar.)
Procedimento
- Segure os espelhos sôbre a mesa, a cêrca de 10 centímetros de distância, com as faces voltadas uma para a outra, de modo que o dado fique posicionado entre os espelhos, como mostra a figura.
- Observe as imagens produzidas em ambos os espelhos. Quais faces do dado são visíveis em cada espelho? Que conclusões você pode tirar disso?
Desenvolvimento do tema
8. Imagens em espelhos planos
Por que um espelho permite que vejamos a imagem dos objetos?
A explicação está ligada à reflexão regular da luz, que acontece em superfícies muito lisas e polidas, tais como um espelho, uma bandeja de prata ou de aço inoxidável, um vidro de janela ou a superfície de água parada.
Quando os raios de luz sofrem reflexão regular num espelho plano e atingem os nossos olhos, não conseguimos perceber que esses raios foram refletidos na superfície. Temos a impressão de que eles vieram de dentro do espelho, exatamente da posição em que vemos a imagem. O esquema irá ajudá-lo a entender isso melhor.
Fonte: Seruêi, R. A.; Djiuet, J. W. físics fór çáientistis énd endinirs; . décima edição Boston: Cengage, 2019. página 926.
Reversão de imagens
Quando nos olhamos num espelho, conseguimos ver uma imagem do nosso corpo porque os raios de luz que são refletidos (reflexão difusa) por nosso corpo chegam até a superfície do espelho, sofrem reflexão regular e chegam aos nossos olhos. O esquema ilustra esse acontecimento.
Fonte: Shipméãn, J. T. êti áli. An introduction to Physical Science. décima quinta edição Boston: Cengage, 2021. página 169.
Você já percebeu que, quando olhamos no espelho, parece que as partes direita e esquerda de nosso corpo foram “trocadas” de lugar? E isso vale não apenas para o nosso corpo, mas para qualquer objeto refletido no espelho. Em linguagem científica, dizemos que o espelho provoca a reversão das imagens, ou seja, ele “troca” a direita e a esquerda de lugar. Observe as duas fotos e note a reversão.
EM DESTAQUE
Fibras ópticas
Se a luz se propaga em linha reta, então como ela pode passar por dentro de uma fibra óptica toda enrolada e sair do outro lado?
As fibras ópticas são fios finos de um vidro dotado de certa flexibilidade. O raio de luz que entra por uma das extremidades propaga-se em linha reta e, a cada vez que atinge a superfície lateral da fibra, é refletido de volta para o seu interior. Dessa fórma, sofrendo reflexões sucessivas, o raio atinge a outra extremidade e sai por ela.
Uma das aplicações mais importantes das fibras ópticas é em redes de comunicação. Trafegando pelas fibras, a luz transmite informações, como uma corrente elétrica transmite informações em um cabo telefônico metálico. Fibras ópticas também são usadas em instrumentos que, introduzidos nos pacientes, permitem aos médicos visualizarem partes internas do organismo, o que é útil em diagnósticos e cirurgias.
Elaborado com dados obtidos de: Kraúskopf, K. B.; Báiser, A. The physical universe. décima sétima edição Nova York: McGraw-Hill, 2020.
Fonte do esquema: iãng, H. D.; Fríiméãn, R. A. University Physics. décima quinta edição Harlow: Pearson, 2020. página .1115.
Motivação
A critério do professor, esta atividade poderá ser realizada em grupos.
Objetivo
Investigar a formação de imagens em espelho côncavo e em espelho convexo.
Você vai precisar de:
- clipe para papel
- uma colhêr de metal limpa, polida e que não esteja muito riscada
Procedimento
- Segure a colhêr pelo cabo com a superfície convexa voltada para você e estique o braço. Observe a imagem do seu rosto. Aproxime a colhêr de seu rosto, gradualmente, e continue observando a imagem. A imagem é maior ou menor que seu rosto? Ela está de cabeça para baixo?
- Estique novamente o braço, mas vire a superfície côncava da colhêr para você. E agora, a imagem é maior ou menor que seu rosto? Ela está de cabeça para baixo?
- Aproxime a colhêr do seu rosto e perceba se a imagem ainda pode ser vista com nitidez.
- Aproxime o clipe da superfície côncava da colhêr e observe a imagem dêsse clipe. A imagem é maior ou menor que o clipe? Ela está de cabeça para baixo?
Desenvolvimento do tema
9. Imagens em espelhos convexos
O lado convexo da colhêr exemplifica um espelho convexo. Espelhos dêsse tipo fornecem, como você pôde verificar, uma imagem direita (isto é, que não está de cabeça para baixo) e menor que o objeto.
Como fornecem imagens reduzidas, os espelhos convexos permitem visualizar uma região maior do que a que seria visualizada num espelho plano de mesmo tamanho. Portanto, comparando um espelho plano e um espelho convexo de tamanhos iguais, o convexo oferece maior campo de visão. E isso você pode comprovar com o auxílio da colhêr.
Use a internet
Busque fotos da obra “Casal Arnolfini”, do pintor iân van êiqui (1390-1441). Além do quadro todo, você conseguirá achar, também na internet, imagens que ampliam a parte em que um espelho de parede é representado. Analise a pintura e conclua qual é o tipo de espelho ilustrado (plano, côncavo ou convexo). Apresente argumentos que justifiquem sua resposta.
10. Imagens em espelhos côncavos
O lado côncavo da colhêr ilustra as propriedades de um espelho côncavo. Espelhos dêsse tipo fornecem uma imagem com características que dependem de o objeto estar próximo ou distante do espelho.
No caso de objetos distantes — como o seu rosto quando você está com o braço esticado —, os espelhos côncavos fornecem uma imagem invertida (de cabeça para baixo) e menor que o objeto. Já no caso de objetos próximos — como o clipe que você aproximou da colhêr —, tais espelhos fornecem uma imagem direita (não está de cabeça para baixo) e maior que o objeto. Então, espelhos côncavos permitem ver imagens ampliadas de objetos próximos.
ATIVIDADE
Tema para pesquisa
De que materiais são feitos os espelhos?
Motivação
A critério do professor, esta atividade poderá ser realizada em grupos.
Objetivo
Evidenciar a refração da luz.
Você vai precisar de:
- dois copos iguais de paredes opacas
- água
- duas moedas iguais
Procedimento
- Coloque os copos sôbre uma mesa, lado a lado, e uma moeda no fundo de cada um.
- Feche um ôlho e posicione-se de modo que, com o ôlho aberto, você consiga olhar para dentro dos copos, mas sem ver as moedas, como mostra a figura.
3. Mantenha-se como descrito no item 2 dêste procedimento, coloque água em um dos copos e observe o que acontece. O copo em que você não coloca água serve apenas para comparação. Procure explicar o que aconteceu.
Desenvolvimento do tema
11. Refração da luz
No experimento, você não consegue inicialmente ver as moedas porque elas estão ocultas atrás da parede do copo. Como essa parede é opaca, os raios de luz provenientes das moedas (por reflexão difusa) não a atravessam.
Quando a água é colocada num dos copos, os raios de luz provenientes daquela moeda sofrem refração ao passar da água para o ar. Por causa da refração, esses raios de luz agora podem chegar aos seus olhos e você consegue ver a imagem da moeda. Os esquemas esclarecem isso.
Na foto você vê um lápis parcialmente mergulhado em água. Ele aparenta estar torto. Na realidade, isso é apenas uma ilusão, que ocorre por causa da refração dos raios de luz ao passarem da água para o ar. A figura esquematiza isso.
Fonte: uólquer, J. S. Physics. quinta edição Boston: Pearson, 2017. página 932.
Por causa da refração, as imagens de objetos submersos sofrem distorções. Uma piscina, por exemplo, aparenta ser mais rasa do que realmente é.
A refração e o arco-íris
Quando os raios de luz solar entram numa gota, sofrem refração. Dentro da gota, sofrem reflexão e, ao sair, novamente refração. Após isso tudo, como mostra o esquema na lateral, as componentes da luz branca estão separadas.
As gotas de água de cada região circular do arco-íris enviam luzes de cores diferentes até os olhos de um observador, e, por isso, cada arco aparenta ser de uma cor. O esquema representa essa situação.
Fonte dos esquemas: Érens, C. D.; Henson, R. Meteorology today. décima segunda edição Boston: Cengage, 2019. página 581-582.
EM DESTAQUE
O arco-íris nos diamantes
Os diamantes são pedras preciosas transparentes que podem ser encontrados em algumas jazidas naturais.
Antes de serem usados em joias, os diamantes passam pelo processo de lapidação, no qual se cortam as laterais da pedra, deixando-a com um formato mais regular e bonito. Após a lapidação, além de se tornarem mais estéticos, os diamantes passam a produzir reflexos multicoloridos com as cores do arco-íris. Por que será?
A lapidação faz com que o diamante passe a ter muitas faces, que atuam como as faces de um prisma. Lembre-se, do item 2, de que um prisma de vidro permite decompor a luz branca.
A luz branca que entra no diamante sofre decomposição e as cores do arco-íris podem ser vistas na luz refletida por ele. O esquema ilustra como ocorre esse processo. Em joalheria, após a lapidação, os diamantes passam a ser denominados brilhantes.
Esquema de diamante lapidado (brilhante)
Elaborado com dados obtidos de: Kraúskopf, K. B.; Báiser, A. The physical universe. décima sétima edição Nova York: McGraw-Hill, 2020.
Organização de ideias
MAPA CONCEITUAL
Atividades
Use o que aprendeu
- Uma tevê em cores tem um defeito de fabricação e não possui, na sua tela, os filetes azuis. Só tem os vermelhos e os verdes.
- É possível obter a cor branca na tela? Por quê?
- É possível obter a cor amarela na tela? Por quê?
- As plantas têm folhas verdes, em sua grande maioria, devido ao corante natural denominado clorofila.
- Qual(is) das cores primárias de luz a clorofila absorve?
- Qual(is) das cores primárias de luz a clorofila reflete?
3. Uma pessoa disse que, “já que as plantas têm folhas verdes, elas dependem da luz verde para fazer a fotossíntese”.
Com base em sua resposta às perguntas da atividade anterior, comente a afirmação. Diga se concorda ou não com a pessoa e justifique.
- Em uma loja de roupas, uma pessoa provou uma calça e uma camisa. Achou que as cores combinavam e resolveu comprá-las. Porém, na primeira vez em que as usou, percebeu que, ao sol, as cores pareciam diferentes de quando comprou e que elas não combinavam. Proponha uma explicação para isso.
- As cores primárias de luz são iguais às cores primárias de corantes? Explique.
- Você deseja pintar uma porta de verde e uma grade de vermelho, mas dispõe de tintas das cores magenta, ciano e amarela. É possível obter as cores desejadas? Como?
- As impressoras jato de tinta utilizam as cores magenta, ciano, amarela e preta para imprimir fotos coloridas. Mas algumas impressoras mais antigas só utilizavam as tintas magenta, ciano e amarela. Que diferença na qualidade você pode esperar ao comparar a impressão de fotos coloridas feita pelos dois tipos de máquina?
ATIVIDADE
Tema para pesquisa
Há uma avançada tecnologia envolvida na produção dos corantes que representa um importante setor produtivo industrial.
Quais as aplicações dos corantes industriais?
Atividade
Explore diferentes linguagens
A critério do professor, estas atividades poderão ser feitas em grupos.
FOTOGRAFIA
1. Observe a foto de peixes vermelhos num aquário com folhas verdes e pedras azuis.
Considere os peixes, as folhas e as pedras. Como seriam vistos se a cena não tivesse sido fotografada sob luz branca, mas sim sob:
- luz vermelha?
- luz verde?
- luz azul?
INTERPRETAÇÃO DE RESULTADO: CORES PRIMÁRIAS
2. Coloque um pedaço de papel celofane azul sôbre o quadro. O que você nota ao fazer isso? Tente explicar a mudança que se observa.
INTERPRETAÇÃO DE RESULTADO: VISÃO
3. Peça a alguém que marque um minuto no relógio.
Durante esse minuto fixe seu olhar na faixa preta do desenho. Imediatamente após isso, olhe para uma folha branca de papel. O que você vê no papel branco? Discuta com seus colegas uma possível explicação. Apresentem a conclusão ao professor e debatam-na com ele.
TRECHO DE FILME
- A luz emitida pelo Sol leva cêrca de 8 minutos para chegar à Terra. Suponha que, em um filme de ficção científica, seres extraterrestres conseguissem fazer com que o Sol, subitamente, deixasse de emitir luz. Imagine um indivíduo, na Terra, 12 horas após esse evento. Ele conseguiria enxergar:
- a Lua?
- as estrelas?
- os planetas do Sistema Solar? Justifique suas respostas.
FOTOGRAFIA
5. Neste capítulo, no item 8, existe a fotografia de uma paisagem que se reflete regularmente na superfície da água.
Proponha uma explicação para o fato de, no caso da foto, a imagem não ser perfeitamente visualizada na superfície da água.
INTERPRETAÇÃO DE RESULTADO
6. Coloque esta página na frente de um espelho, observe as imagens das seguintes palavras e registre em seu caderno como são essas imagens.
Quais dessas palavras fornecem imagens iguais às próprias palavras? Você consegue explicar por que algumas palavras fornecem uma imagem no espelho que é diferente de si e outras fornecem uma imagem que é igual?
FOTOGRAFIA
7. Na frente de ambulâncias é comum encontrarmos a palavra AMBULÂNCIA escrita de modo revertido, como na foto.
Qual deve ser a finalidade de escrever dessa fórma?
PREVISÃO
8. Sem usar um espelho, faça uma previsão de quais das letras do quadro têm imagem no espelho igual a si mesma e quais têm imagem diferente.
A seguir, use um espelho para confirmar sua resposta.
INTERPRETAÇÃO DE RESULTADO
9. Escreva as seguintes palavras em uma folha de papel, com caneta de tinta bem visível e com letras maiúsculas (em letra de fórma).
Coloque a folha na frente do espelho e observe a imagem dessas palavras. A seguir, observe essas palavras olhando a folha de papel contra a luz, pelo verso.
Que conclusão você tira disso?
ESQUEMA
10. A jovem do esquema está diante de um espelho plano preso à parede. Ela consegue ver seus pés no espelho ou, para isso, o espelho teria que ser estendido até o chão? Justifique sua resposta com um desenho esquemático, em seu caderno, que inclua um raio de luz.
GRAVURA
- O artista holandês Maurits Cornelis Escher (1898-1972) elaborou muitas ilustrações com impressões visuais. Uma de suas obras é a que aparece na foto, feita em 1935, na qual ele retrata a si mesmo refletido em uma esfera espelhada.
- A esfera da gravura atua como espelho côncavo ou convexo?
- Na gravura, com qual das mãos Escher está segurando a esfera?
- A imagem da sala de Escher, refletida pela esfera, é maior, igual ou menor do que a sala propriamente dita?
FOTOGRAFIA
- Às vezes encontramos espelhos convexos pendurados:
- nas paredes do interior de lojas e de supermercados;
- em postes, na saída de garagens.
Para que eles são colocados nesses locais?
AVISO
13. Em alguns automóveis, o espelho retrovisor do lado direito traz a inscrição: “Cuidado, os objetos estão mais próximos do que parecem estar”. O espelho em questão deve ser plano, côncavo ou convexo? Justifique.
DEDUÇÃO
14. Os dentistas possuem, entre outros, um instrumento de trabalho que consiste num pequeno espelho preso a um cabo. Esse espelho permite ver, de modo ampliado, a imagem dos dentes. O espelho em questão deve ser plano, côncavo ou convexo? Justifique.
TRECHO DE DOCUMENTÁRIO
15. Trecho de um documentário: “Os índios que pescam com lança, em águas rasas, se acostumam a jogá-la numa posição ligeiramente diferente de onde o peixe parece estar. Eles aprendem que, se a lança for jogada exatamente onde o peixe parece estar, a pescaria pode não ter sucesso”. Explique por quê.
ESQUEMA
16. Um jovem está na beirada da piscina, observando a pedra que está no fundo. A água está parada e há uma boia flutuando nela. Em qual das posições — 1, 2, 3, 4 ou 5 — a boia obstruiria a visão da pedra? Justifique com um desenho esquemático que inclua um raio de luz.
ESQUEMA
17. Em dias ensolarados, pode-se ver, no fundo das piscinas, uma série de áreas mais claras do que outras, que parecem “dançar” à medida que a superfície da água balança. Veja a foto.
O esquema está relacionado à explicação para a formação dessas áreas mais claras.
- Como se chama o desvio que ocorre na direção de propagação de um raio de luz quando esse raio passa do ar para a água?
- Baseando-se no desenho, redija um pequeno texto (um parágrafo ou dois) explicando como se formam as áreas mais claras no fundo da piscina.
Seu aprendizado não termina aqui
Vários programas de computador para desenhar ou editar fotos possuem contrôles em que o usuário pode compor cores seja em (red, green, blue; sistema de cores primárias de luz usado para mostrar imagens em monitores e tevês) ou em (sistema usado para impressão com as cores primárias de corantes, ciano, magenta, amarelo e preto).
Se você tiver acesso a algum dêsses programas, explore os contrôles e tente compor diferentes cores utilizando cada um dêsses sistemas.
Fechamento da unidade
Isso vai para o nosso blog!
Importância das radiações eletromagnéticas
A critério do professor, a classe será dividida em grupos e cada um deles criará e manterá um blog na internet sobre 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 para incluir no blog.
