vai a sua Escola A - Genoma
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A vai a sua Escola II 1 ÍNDICE A USP VAI A SUA ESCOLA II LUZ E VIDA...........................................................................................................................4 Exposições e ensino-aprendizagem...............................................................................................................4 A exposição Luz e Vida..............................................................................................................................5 SEÇÃO I O QUE É LUZ, QUAIS SÃO AS FONTES DE LUZ EXISTENTES, O LASER COMO EXEMPLO DE UMA FORMA ESPECIAL DE LUZ E SUA APLICAÇÃO NA SAÚDE E ESTÉTICA.........................6 O que é a luz?.........................................................................................................................................6 Fontes de luz..........................................................................................................................................6 O que é laser e como funciona?..................................................................................................................6 Fototerapia na saúde e estética...................................................................................................................6 Painel - O que é luz?.................................................................................................................................7 Painel - Fontes de luz..............................................................................................................................8 Trajetória da luz: do pôr do sol ao arco-íris....................................................................................................9 Absorção............................................................................................................................................9 Reflexão.............................................................................................................................................10 Transmissão........................................................................................................................................10 Refração.............................................................................................................................................10 O espectro eletromagnético.....................................................................................................................12 Experimento: Simulando o azul do céu e o avermelhado do pôr do sol..........................................................13 Referências.........................................................................................................................................14 Painel - O que é laser?..............................................................................................................................15 Painel - Propriedades da luz laser................................................................................................................16 Painel - Fototerapia na saúde e na estética....................................................................................................17 O que é laser?.........................................................................................................................................18 Exemplos de lasers usados em procedimentos relacionados à saúde..............................................................18 Para saber mais........................................................................................................................................19 SEÇÃO 2 COMO SÃO ESTES OLHOS E O QUE ELES VEEM?..........................................................................20 Como são estes olhos e o que eles veem? ..................................................................................................20 Defeitos da visão......................................................................................................................................20 Ilusão de óptica........................................................................................................................................20 Painel - Como são estes olhos e o que eles veem?.......................................................................................21 Tipos de olhos e o que eles veem...............................................................................................................22 A focalização dos raios luminosos .............................................................................................................22 Painel - Defeitos da visão..........................................................................................................................23 Disturbios da visão..................................................................................................................................24 Painel - Ilusão de óptica............................................................................................................................25 Ilusões de óptica (Wikipedia)......................................................................................................................26 Uma ilusão de distância.............................................................................................................................27 SEÇÃO 3 COMO ENXERGAMOS AS CORES? COMO SE FORMAM AS CORES EM PLANTAS E ANIMAIS?..............28 Como enxergamos as cores?......................................................................................................................28 Como se formam as cores em plantas e animais?..........................................................................................28 Painel - Como enxergamos as cores?.....................................................................................................29 As células cone.......................................................................................................................................30 As opsinas.............................................................................................................................................30 Painel - Como as cores são formadas? ...................................................................................................31 Cores....................................................................................................................................................32 Teoria da cor (Wikipédia)........................................................................................................................32 Painel - Como se formam as cores em plantas e animais?.........................................................................34 Cores na natureza....................................................................................................................................35 SEÇÃO 4 VOCÊ ENXERGA TODAS AS CORES? DESCUBRA COMO!................................................................36 Teste de daltonismo..................................................................................................................................36 As células da visão...................................................................................................................................36 Como se faz um pigmento? A informação para isso está no DNA.....................................................................37 Como ler o livro da vida?..........................................................................................................................37 Leia o livro da vida...................................................................................................................................37 Painel - Você enxerga todas as cores? Descubra como!............................................................................38 Daltonismo.............................................................................................................................................39 Painel - As células da visão...................................................................................................................40 Um mergulho nas células da retina do olho humano........................................................................................41 Painel - Como se faz um pigmento? A informação para isso está no DNA ....................................................42 Painel - Como ler o livro da vida?..........................................................................................................44 O livro da vida........................................................................................................................................45 Painel - Leia o livro da vida...................................................................................................................46 Ler o livro da vida significa sintetizar proteínas...............................................................................................47 SEÇÃO 5 DE ONDE VEM A ENERGIA EM VOCÊ?.........................................................................................48 A planta no meio ambiente.........................................................................................................................48 Onde ocorre a fotossíntese?......................................................................................................................48 Para que serve a Fotossíntese?..................................................................................................................49 Você depende da energia química armazenada na fotossíntese? Essa energia está em todos os nossos alimentos!..........................................................................................49 Painel - De onde vem a energia em você? A planta no meio ambiente..........................................................50 As plantas e o meio ambiente......................................................................................................................51 Painel - Onde acontece a fotossíntese?...................................................................................................52 A fotossíntese ocorre dentro dos cloroplastos das células das folhas................................................................53 Painel - Engenhoca da fotossíntese (energia luminosa e química)...............................................................54 Painel - Para que serve a fotossíntese.....................................................................................................55 Os cloroplastos e a fotossíntese.................................................................................................................56 A engenhoca da fotossíntese......................................................................................................................58 Oxidação e redução (Bayardo Torres, IQUSP)...........................................................................................58 Painel - Você depende da energia química armazenada na fotossíntese........................................................59 A energia dos alimentos.........................................................................................................................60 O processamento do alimento ocorre em quatro estágios...........................................................................60 A energia química alimenta nosso corpo...................................................................................................61 A respiração celular acumula a energia em moléculas de ATP........................................................................61 Calorias (Bayardo B. Torres – IQUSP).......................................................................................................61 Degradação e Síntese............................................................................................................................62 Respiração e Fotossíntese......................................................................................................................62 SEÇÃO 6 A VISUALIZAÇÃO DO MUNDO MICROSCÓPICO..............................................................................63 Microscopia e escala.................................................................................................................................63 Organismos gigantes? Não. Modelos aumentados 100 vezes.......................................................................64 Observações ao microscópio..................................................................................................................64 Visualizando as células..........................................................................................................................64 Algumas informações sobre os organismos observados...................................................................................67 Rotíferos............................................................................................................................................67 Paramécio..........................................................................................................................................68 Bibliografia.............................................................................................................................................69 SEÇÃO 7 ANEXOS..................................................................................................................................70 Texto - Fotônica e o laser na odontologia moderna. (Vanderlei S. Bagnato)........................................................70 Texto - Imagens por holografia: construindo um holograma feito à mão. (Santarelli, M.C.I.A., Muramatsu, M.)........74 A USP vai a sua Escola II LUZ E VIDA Exposições e ensino-aprendizagem A contribuição de exposições de ciência é conhecida de longa data. Elas agregam à sociedade cultura, arte e conhecimento dentro do que é conhecido como ensino não formal. Além disso, elas estimulam a aquisição de conhecimento fazendo uso de recursos não convencionais ou pouco utilizados no ensino formal. Tais recursos não se limitam a apresentação de texto escrito e exploram de maneira interativa ou não o recurso espacial e com isso transmitem uma mensagem pré-concebida valendo-se para isso de dispositivos intermediários como objetos manipuláveis, modelos reduzidos, imagens, vídeos, entre outros, expostos de maneira agradável e estimulante. Sobre as exposições científicas comenta Marandino (2004): “[...] a exposição mostra. Entretanto, não se limita a mostrar. Ela indica também como olhar. Nessa perspectiva, pode ser abordada como uma mídia, por se caracterizar pela apresentação simultânea de um conteúdo e de uma técnica de produção, propondo uma forma de expressão do que é exposto.” Está implícito no texto acima que houve uma mudança entre o saber científico que serviu de base para o recorte conceitual da exposição e a maneira como ele é exposto, resultando na “forma de expressão” que caracterizaria a exposição como uma mídia. Essa transformação do saber científico para um saber que será exposto decorre de uma série de transformações adaptativas que selecionam, simplificam e reconstroem o saber para torná-lo significativo e mais facilmente compreendido, num processo denominado transposição didática. Entretanto as consequências dessa transposição, especialmente no âmbito escolar, que transforma o conhecimento, torna-o fragmentado, descontemporalizado, naturalizado, despersonificado e descontextualizado. A fragmentação do conhecimento como método de ensino, ou seja, a separação em blocos dos tópicos estudados para fins didáticos, está presente no ensino bem como em boa parte dos livros didáticos. Como resultado, a separação excessiva gera um saber descontextualizado, “já que não se identifica com o texto do saber, com a rede de problemáticas e de problemas no qual o elemento descontextualizado encontrava-se originalmente, modificando dessa forma seu emprego, ou seja, seu sentido original” (MARANDINO, 2004). O aluno, dessa forma, tem uma formação durante os anos escolares que não privilegia a atribuição de significado dentro de um contexto, o que acarreta na produção de saberes “sem sentido” e que desmotivam o aluno para o aprendizado. Segundo Giassi (2007) a contextualização durante o processo de ensinoaprendizagem é uma ferramenta que aproxima o aluno do conteúdo a ser aprendido, extrapola os limites da sala de aula e integra o conhecimento ao seu cotidiano. Consequentemente, o 4 voltar ao índice aluno poderá “desenvolver a capacidade de pensar e agir de forma crítica e consciente”. Além da contextualização a interdisciplinaridade também apresenta um papel fundamental (GIASSI, 2007) ao oferecer para o aluno um leque maior de referências. A própria separação do conhecimento em disciplinas como física e biologia, e depois em genética, botânica e ecologia é uma forma de fragmentar o conhecimento. A interdisciplinaridade age no sentido contrário, integrando o conhecimento ao mesmo tempo em que o contextualiza. Seria necessário “desconstruir e reconstruir nossos modelos mentais para assimilar e integrar nossas experiências em novas formas de entender, pensar e agir” (RENNIE e JOHNSTON, 2004). A atenuação dos referidos reflexos negativos da transposição didática e/ou museográfica contribui para que o estudante se torne motivado a buscar, ele próprio, o conhecimento de forma mais ativa e eficiente. A motivação é um importante fator facilitador de ensino-aprendizagem que surge através da curiosidade acerca das questões científicas, o que possibilitaria um elo entre o “mundo escolar” e o “mundo real” (TAGLIATI e col, 2010). Essa motivação pode ser despertada tanto pela recontextualização do saber didático como também por meio de outros recursos utilizados em exposições científicas. Dessa forma, tomam importância a atratividade visual dos elementos expositivos e principalmente os dispositivos interativos. Os recursos expositivos complementam ou reforçam um conceito contido em um texto, e propiciam uma participação ativa do interlocutor que interpretará a obra e, com base nos seus conhecimentos prévios, “fará uma leitura inevitavelmente pessoal e verá a obra num de seus aspectos possíveis” (LOUREIRO e SILVA, 2007). A exposição “Luz e Vida” A exposição “Luz e Vida” foi concebida pelo Centro de Estudos do Genoma Humano (Instituto de Biociências USP) e Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (Instituto de Física – USP São Carlos), com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), tem por objetivo ser usada como um instrumento de ensino não formal motivador para o ensino formal. A exposição tem como eixo temático a luz solar e aborda múltiplos aspectos de conteúdos e física, biologia e química relacionados ao tema. Além de garantir a interdisciplinaridade a exposição foi concebida de modo a explicitar, na medida do possível, as relações entre os diversos conteúdos expostos e a contextualizar os temas com a vida cotidiana. O recorte conceitual foi realizado levando em consideração, além da relevância e significância dos conceitos selecionados, critérios que garantissem a: 1. interdisciplinaridade entre biologia, física e química (em menor escala), articulando contribuições dessas disciplinas; 2. correlação entre os conceitos abordados, facilitando a compreensão dos mesmos; 3. contextualização dos conteúdos, aproximando-os à realidade do aluno e agregando sentido ou entendimento aos conceitos; 4. concretização de processos invisíveis. Os conteúdos e as relações entre os conceitos abordados na exposição estão apresentados em 6 seções descritas a seguir. 5 voltar ao índice Seção 1 O que é LUZ, quais são as fontes de luz existentes, o laser como exemplo de uma forma especial de luz e sua aplicação na saúde e estética. O que é a luz? A luz é o ponto de partida para tudo o que a exposição apresenta. Todas as demais seções se desenvolvem a partir dela ou de processos e/ou fenômenos que ocorrem com a sua participação. Um painel discorre sobre a natureza oscilatória da luz, suas características de frequência e comprimento de onda, as cores associadas a essas frequências e a sua capacidade de interagir com a matéria. Um aparato interativo simula a propagação das ondas eletromagnéticas. Fontes de luz Um painel apresenta os seis tipos de fontes de luz e as energias a eles associadas. O que é laser e como funciona? Um painel e um aparato, ambos interativos, mostram o que é o laser, um tipo especial de luz, e quais são suas propriedades. Fototerapia na saúde e estética A energia do laser e de outras fontes de luz, quando adequadamente transferidas ao tecido biológico permite o diagnóstico e tratamento de muitas doenças. Um painel interativo mostra os possíveis usos deste tipo de luz. 6 voltar ao índice uma eletricidade que varia noO QUE É A LUZ? campo campo magnético elétrico ema no eletricidade espaço: são as oscilações que varia no A luz é uma eletricidade que varia no campo A luz é uma onda eletromagnética campo campo magnético agnéticas (campo e são elétrico tempo e noe no espaço: as oscilações elétrico no espaço: são oscilações que variaas noelétrico tempo espaço: sãoeletromagnéticas as oscilações eletromagnéticas ico) que se(campo propagam no e (campo elétrico e agnéticas elétrico (campo elétrico e magnético) que magnético) que se propagam no se A propagam no espaço. co) que se propagam no luz é uma eletricidade que varia no campo magnético direção campo magnético espaço.e no espaço: são as oscilações elétrico tempo eletromagnéticas (campo elétrico e magnético) que se propagam no comprimento de onda direção Sendo oscilação, ela é Sendo oscilação, ela é comprimento de onda comprimento de onda Sendo oscilação, ela é espaço. caracterizada por uma campo o de onda frequência de onda tempo frequência dire direção comprimento defrequência onda distância tempo comprimento de onda distância frequência tempo o uma oscilação uma oscilação tempo uma oscilação uma oscilação caracterizada porcaracterizada uma Sendo oscilação, ela éfrequência frequência (númeropor de uma frequê ciclos por tempo) e um (número de ciclos por tempo) e por tempo distância (número de ciclos caracterizada por uma frequência comprimento de onda comprimento de onda Sendo oscilação, ela é de onda (e um comprimento de onda (espaço um comprimento (espaço percorrido (número de ciclos por tempo) e caracterizada por uma frequência durante cada oscilação). percorrido durante cada percorrido durante cada uma oscilação distância (número um comprimento de (espaço deonda ciclos por tempo) e oscilação). de onda (espaço oscilação). um comprimento percorrido durante cada percorrido durante cada uma oscilação raio oscilação). ultravioleta raio infravermelhoradar fm tv onda am oscilação). raio raio x raio gama gama Para cada cada cor existecor uma existe uma da cor existePara uma frequência. A frequência frequência. A frequência aumenta do vermelho ncia. A frequência Para cada cor uma para o Luz visível aumenta doexiste vermelho para o violeta. da cor existe uma frequência. ta do vermelho para o A frequência violeta. cia. A frequência aumenta do vermelho para o Luz visível violeta. a do vermelho para o raio x raio ultravioleta raio infravermelhoradar fm tv curta ond cur Å (1Å =0,00000001 cm) μm (1 μm = 0,0001 cm) m (1m raio raio ultravioleta raio m (1m = 100 cm) Å (1Å =0,00000001 cm) (1 μm = 0,0001 cm) ultravioletaμmraio comprimento de onda infravermelho raio infravermelho raio x radar fm tv am raio raio x radar fm tvdeonda gama comprimento onda am curta curta gama Luz visível Å (1Å =0,00000001 cm) Å (1Å =0,00000001 cm) μm (1 μm = 0,0001 cm) μm (1 μm = 0,0001 cm) m (1m = 100 cm) comprimento de onda m (1m = 100 cm) comprimento de onda Luz visível espectro de luz espectro de luz açúcar água água ên io luz io ioo ên ox ig luz ox ig ên io luz Sendo de natureza elétrica r Sendo interage com cargas Sendo de natureza elétrica, de natureza elétrica, aprese luz Sendo açúcar deaçúca natureza elétrica, a luz a luzmatéria interage com(elétrons cargas açúcar convertido e próton interage com cargas presentes na em amido presentes napresentes matéria interage com cargas na açúcar convertido matéria prótons) transferindo ela energia. captura em amido (elétrons e(elétrons prótons) e a energia espectro de luz xig luz FOTOSSÍNTESE ên FOTOSSÍNTESE espectro de luz Sendo de natureza elétrica, a luz matéria (elétrons e prótons) transferindo a ela a energia. ela energia. CO2 transferindo CO2 com transferindo a ela energia. interage cargas presentes na matéria (elétrons e prótons) transferindo a ela energia. captura energia luminosa captura energia luminosa ox ig açúcar água convertido captura luminosa em amido água açúcar açúcarCO2 convertido em amido CO2 energia luminosa 7 voltar ao índice FONTES DE LUZ SOL (energia nuclear) CHAMA (energia química) LÂMPADAS (energia elétrica) FAÍSCA (energia mecânica) BIOLUMINESCÊNCIA (energia bioquímica) QUIMIOLUMINESCÊNCIA (energia química) 8 voltar ao índice Trajetória da luz: do pôr do sol ao arco-íris (Talita Gishitomi Fujimoto; Mikiya Muramatsu) Podemos dizer que a única coisa que enxergarmos é a luz. É somente através dela que podemos construir imagens do mundo. A primeira pergunta que poderia surgir para nós é a seguinte: como a luz faz tudo isso? Como ela interage com a matéria? Para começar a responder a essa pergunta iremos falar um pouco sobre a natureza da luz. Discutir esse assunto sempre foi algo complicado para os cientistas. Durante a história ela foi adquirindo diversas propriedades e características muitas vezes controversas. A luz pode ser tratada como onda eletromagnética, essa onda é gerada através de oscilações de natureza elétrica e magnética, como seu nome indica. Quando um raio de luz é emitido, ele pode caminhar para qualquer região do espaço carregando consigo informações que são levadas através de suas características ondulatórias. Com isso, para entendermos as diferentes informações que a luz carrega e consequentemente as diferentes imagens que podemos formar é necessário discutir algumas propriedades das ondas como velocidade de propagação, amplitude, frequência e comprimento de onda. Nas ondas, a cada ciclo o elemento responsável pela onda, neste caso os campos elétricos e magnéticos, ao se propagarem, variam de um valor máximo do campo até um valor mínimo. A amplitude da onda pode ser determinada pela diferença entre esses valores. O comprimento de onda é o comprimento do espaço percorrido por ela durante uma oscilação completa, por exemplo, de um ponto de máximo até outro. A frequência é o número de oscilações que uma onda realiza por segundo. Estes elementos estão relacionados matematicamente da seguinte forma: c = λf Onde c é a velocidade da luz, comprimento de onda e f a frequência. Além desses elementos podemos definir o período de uma onda, que é o tempo que ela demora em completar cada ciclo. O período da onda é relacionado com a frequência da seguinte forma: T= 1 f Esses elementos são importantes, pois são as principais formas de se caracterizar as ondas eletromagnéticas. A luz visível, nosso objeto de estudo PE composta pelas ondas eletromagnéticas de comprimentos de ondas que variam de 400 a 700 nanômetros, em termos de cores seria do violeta ao vermelho. O que essas propriedades têm a ver com as imagens dos objetos que enxergamos? Para vermos qualquer objeto é necessário que a luz chegue aos nossos olhos. Suas propriedades indicam o que vemos. A frequência da onda de luz que chega aos nossos olhos nos indica qual é sua cor. As características visuais dos objetos dependerão da forma como ela interage com eles, por exemplo, você apenas consegue ver e ler esse texto porque a luz interage com esta folha de papel. Quando a luz chega até a folha, parte dela é absorvida e parte dela é refletida para os nossos olhos, fazendo com que você possa distinguir o que está escrito. Quando a luz incide sobre qualquer material, três processos essenciais podem ocorrer: Absorção Muitos materiais conseguem absorver a luz, isto é, toma-la para si. Quando isso ocorre o material tem um ganho de energia, pois ele adquire a energia da luz incidente absorvida. A capacidade de absorver a luz varia para diferentes materiais. Em geral, eles absorvem as ondas de algumas determinadas cores e refletem outras. 9 voltar ao índice Reflexão A luz ao incidir sobre um material pode ser reemitida, ou seja, refletida e chegar aos nossos olhos. A reflexão permite que um material que não emite luz naturalmente possa ser visto. Alguns objetos somente refletem determinadas cores, por exemplo, uma camisa azul reflete apenas o azul e absorve o restante do espectro que nela chega. Transmissão Um exemplo é o uso de óculos com lentes coloridas como amarelas, vermelhas ou azuis. Ao olhar por uma lente amarela tudo ao redor fica amarelado. Isto é possível por que a luz ao incidir sobre um material pode ser transmitida totalmente ou parcialmente. No caso das lentes amarelas, será permitido passar apenas o espectro na faixa do amarelo. Refração Esse fenômeno consiste basicamente na mudança de velocidade da luz ao passar de um meio de propagação para outro. A luz se propaga com velocidades diferentes em diferentes meios. No vácuo ela se propaga a 300.000 km/s (representada geralmente com a letra c), que é considerada a velocidade limite da natureza, a velocidade da luz na água é ¾ c, no vidro a ⅔ c, no ar é ligeiramente menor que c. Uma grandeza óptica importante para caracterizar a facilidade ou dificuldade da luz propagar em determinado meio é o índice de refração, representado pela letra n, que é a relação entre a velocidade da luz no vácuo c e a velocidade da luz nesse meio: n=c/v. Observe que esse número é sempre maior que a unidade e é adimensional. n água = 4/3 n vidro = 1,5 n ar = 1,0. Quando a luz incide obliquamente na superfície de separação de dois meios, ela sofre um desvio percorrendo um caminho mais longo. Apesar de o caminho ser mais longo, o tempo gasto para percorrêlo é o mínimo possível, como requer o Principio de Fermat. Utilizando esse princípio podemos obter a lei que governa o percurso do raio de luz ao passar de um meio para outro, conforme figura1. θ1 n1 n2 θ2 n1 < n2 θ1 > θ2 Figura 1: n1 sen θ1 = n2 sen θ2 Onde n1 e n2 são os índices de refração do 1º e do 2º meio, respectivamente, e θ 1 e θ 2 são os ângulos de incidência e refração, medidos em relação a perpendicular à superfície, ao passar de um meio para outro. Essa expressão é conhecida como Lei de Snell-Descartes. Outra maneira de entender essa lei é que a luz ao passar de um meio para outro deve manter o produto n.sen θ sempre constante, isto é, se o índice de refração aumenta em relação ao meio anterior, então o seno do ângulo deve diminuir logo o ângulo deve diminuir e a luz aproxima da normal. 10 voltar ao índice θ1 θ2 Devido ao fenômeno da refração é que o fundo de uma piscina aparenta ser mais rasa. Da mesma forma se um índio quiser fisgar o peixe deve atirar sua lança abaixo da imagem que ele vê, pois o objeto (peixe) se encontra abaixo de sua imagem, que foi formada devido ao desvio da luz ao passar da água para o ar. Figura 2 Tabela 1 Outro exemplo interessante de refração é quando a luz atravessa um prisma como mostra a figura 3. Se incidirmos um feixe estreito da luz do sol, que pode ser considerada de raios paralelos, pois o Sol se encontra a 150 milhões de quilômetros da Terra, haverá a separação das cores, pois para um meio transparente qualquer a velocidade da luz depende da frequência, e consequentemente o índice de refração é ligeiramente diferente para cada cor. Observe que a luz vermelha desvia menos que a violeta. Essa separação das cores é denominada dispersão da luz. Índice de refração vidro "Crown" para diversas cores Cor N Vermelho 1,513 Amarelo 1,517 Verde 1,519 Azul 1,528 Violeta 1,532 A dispersão da luz explica também o fenômeno do arco-íris, que você observa logo após a chuva ou você utiliza uma mangueira num dia ensolarado, aparecendo as faixas coloridas, indo do vermelho ao violeta. Como está indicado na figura 4 abaixo ocorrem essencialmente 3 fenômenos: 2 refrações (na entrada e saída da gota de água), uma reflexão e a dispersão das cores. Há vários aspectos interessantes desse fenômeno que sempre desperta a curiosidade das pessoas. Figura 3 Figura 4 11 voltar ao índice O espectro eletromagnético É o intervalo de todas as radiações eletromagnéticas, que contém desde as ondas de rádio, as micro-ondas, o infravermelho, a luz visível, os raios ultravioleta, os raios X, até a radiação gama. A cor é relacionada com os diferentes comprimentos de onda do espectro eletro magnético. Existe apenas uma faixa específica desse espectro que percebemos e por alguns animais através de órgãos de visão, como uma sensação que nos permite diferenciar os objetos do espaço com maior precisão. Esse intervalo é o que chamamos de luz visível. A cor de um material é determinada pelas médias de frequência dos pacotes de onda que as suas moléculas constituintes refletem. Um objeto terá determinada cor se não absorver justamente os raios correspondentes à frequência daquela cor ,sendo reemitida pelo objeto e chega ao nosso sensor(olho). Assim, um objeto é azul se absorve preferencialmente as frequências fora do azul. Tabela 2 Cores do espeCtro VisíVel Cor Comprimento de onda Frequência vermelho ~ 625-740 nm ~ 480-405 tHz laranja ~ 590-625 nm ~ 510-480 tHz amarelo ~ 565-590 nm ~ 530-510 tHz verde ~ 500-565 nm ~ 600-530 tHz ciano ~ 485-500 nm ~ 620-600 tHz azul ~ 440-485 nm ~ 680-620 tHz violeta ~ 380-440 nm ~ 790-680 tHz 4000 Angstroms 5000 Angstroms 6000 Angstroms 7000 Angstroms Figura 5 12 voltar ao índice Experimento: Simulando o azul do céu e o avermelhado do pôr do sol A seguir será descrita uma experiência de fácil execução que pode ser aplicada a alunos do Ensino Médio e Fundamental. Materiais • • • • • Leite desnatado Uma cuba de vidro ou plástico retangular transparente Água Uma lanterna com feixe estreito Uma colher Procedimento Preencha a cuba retangular com aproximadamente ¾ volume de água. Posicione a lanterna à meia altura da cuba. A cuba com água representa a atmosfera terrestre e a lanterna, o Sol. A água destilada se mostra transparente à luz,havendo pouca absorção e espalhamento. Veja o esquema de montagem na figura abaixo: Acrescente uma pequena quantidade de leite na cuba retangular e mexa com a colher. As partículas presentes no leite representam as partículas da atmosfera. Tente observar a coloração da água perpendicularmente à direção de incidência da luz, verificando que conforme o leite é acrescentado, a água adquire um tom azulado como a do céu, indicado na figura 7. Figura 6. Montagem do experimento. Figura 7. Simulando o azul do céu. Se observarmos o lado oposto de incidência da luz (na direção de incidência) veremos a lâmpada tornando-se cada vez mais avermelhada, pois a luz depois de percorrer toda a cuba (uma camada grande de água), já teve a luz azul toda espalhada, sobrando apenas a luz com o comprimento de onda na faixa do vermelho, representado na figura 8. 13 voltar ao índice Figura 8a Figura 8b Figura 8c Figura 8. Simulando o avermelhado do pôr do sol. Na figura 8.a verifica-se um tom amarelado, na 8.b, mais alaranjado e finalmente na 8.c, mais avermelhado como o do pôr do sol. Observações: Caso esses tons não sejam conseguidos no primeiro momento, acrescente aos poucos mais quantidades de leite até que o fenômeno seja visualizado. No local a ser realizada a experiência, deve haver o mínimo de luz para que seja possível observar melhor o experimento. Outro fator a ser observado é a utilização de leite desnatado em vez de integral. O leite integral contém grande quantidade de moléculas de gordura, que possuem tamanho relativamente grande em relação ao comprimento de onda da luz, dificultando seu espalhamento. Com tudo que aprendemos nessa oficina, sabemos agora como utilizar materiais de baixo custo para simular o azul do céu e o vermelho do pôr do sol e um contra exemplo da trajetória da luz num meio não homogêneo, sendo uma boa oportunidade para demonstrar esse fenômeno do cotidiano no Ensino Médio e Fundamental. Referências: Mikiya Muramatsu(Coord.). Apostila de ótica: Instituto de Física, Universidade de São Paulo, 2009. rocha, M. N., Fujimoto, t. G.,Azevedo r. s. e Muramatsu, M. O céu azul e o vermelho do por do sol, Rev.Bras. Ens.Fis., 32(3), 2010. Fujimoto, t. G. Trajetória da luz: do por do sol ao arco Iris. XIX Simpósio Nacional de Ensino de Física 14 voltar ao índice O que é o LASER? É um instrumento que produz luz de uma forma especial (diferente das lâmpadas) e, por isto, com propriedades especiais. Como funciona ? energia externa Espelho semi-transparente Espelho meio ativo A energia é acumulada nos átomos de um material chamado meio ativo do laser. Esta energia vai se converter em luz por meio de um processo de emissão estimulada: uma pequena porção inicial de luz provoca a conversão de toda a energia do meio ativo em luz. A luz produzida é acumulada entre espelhos e uma pequena quantidade sai em uma única direção. 15 voltar ao índice • MONOCROMÁTICA: contém uma única frequência (cor). • COERENTE: todas as oscilações da luz ocorrem em harmonia. • POUCO DIVERGENTE: propaga-se numa única direção sem dispersar. Propriedades da luz LASER APERTE O BOTÃO APERTE O BOTÃO Aparato interativo voltar ao índice 16 FOTOTERAPIA na saúde e estética A energia do laser e de outras fontes de luz, quando adequadamente transferida ao tecido biológico, permite o diagnóstico e tratamento de muitas doenças. Gire a bolacha para ver o ANTES e o DEPOIS VARIZES CIRURGIA CALVÍCIE ACNE TATUAGEM RUGAS Tratamento de câncer CLAREAMENTO DENTAL 17 voltar ao índice O que é laser? (tradução e adaptação http://www.ccohs.ca/oshanswers/phys_agents/lasers.html) O termo "laser" é um acrônimo que significa "Amplificação da Luz por Emissão Estimulada de Radiação". A luz do laser é uma forma de radiação não-ionizante. Este tipo de luz é produzida por um equipamento que produz e amplifica a luz que tem propriedades únicas. A luz do laser é monocromática, ou seja, é composta por uma única frequencia (cor). A radiação laser pode ser gerada em partes diferentes do espectro - ultravioleta (UV), luz visível e infravermelha (IR). A cor da luz laser é geralmente descrita em termos de comprimento de onda da radiação. A unidade mais comum para se referir ao comprimento de onda do laser é o nanômetro (nm = um bilionésimo de metro). Outra propriedade do laser é ser coerente. Isto significa que os lasers produzem luz monocromática (ie, com um único comprimento de onda), no qual as “particulas” da luz ou fotons se movem todas na mesma direção. Isso permite que os feixes de laser sejam muito concentrados (colimados), isto é, eles não se espalham como o feixe de luz de uma lanterna. Uma vez que o feixe de luz pode ser muito estreito, ele tem uma elevada potência radiante por unidade de área. Essas propriedades possibilitam que dispositivos a laser produzam feixes de laser poderosos que podem cortar até metal. Lasers são também utilizados em medicina para o corte, e para procedimentos cirúrgicos e de vedação. Exemplos de lasers usados em procedimentos relacionados à saúde Uma grande variedade de lasers são utilizados nos procedimentos relativos à saude. O tipo de laser depende da finalidade de utilização. Os lasers podem ser utilizados como facas ou sondas e para técnicas de imagiologia. Por exemplo, facas laser pode fazer cortes que não sangram. Eles podem ser usados para suavizar as rugas da pele ou remover verrugas da pele, quistos, tatuagens, pequenas veias , e assim por diante. Alguns lasers comumente utilizados estão apresentados na tabela abaixo. LASERS COMUMENTE USADOS NA ÁREA DA SAÚDE Tipo Tipo de radiação/ comprimento de onda em nanometres (nm) dióxido de carbono (gás laser) Infravermelho/10.600 Argônio (gás laser) Visível, azul/488 Argônio (gás laser) Visível, verde/514 Kripitônio Kpt 532 Visível, verde/532 Incisão e retirada de tecidos por vaporização vedação de vasos sanguíneos na retina, cirurgia plástica vedação de vasos sanguíneos na retina, cirurgia plástica Cirurgia: corte, coagulação e vaporização de tecidos Infravermelho/1,064 Cirurgia geral Visível, vermelho/632 Oftalmologia, corte de tecidos Hélio-Neos (gás laser) Visível, vermelho/632 Pontaria de feixes invisíveis rubi (laser de estado sólido) Visível, vermelho/694 rhodamina 6G dye Visível/570-650 Cirurgia plástica, dermatologia, destruição de tecidos Tratamento de tumores malignos; comumente utilizado o vermelho (630 nm) (gás laser) Nd:YAG onda contínua (laser de estado sólido) Nd:YAG (laser de estado sólido) (Tunable - dye laser) Exemplos de Aplicação 18 voltar ao índice Para saber mais: santarelli, M.C.i.A., Muramatsu, M. Imagens por holografia: construindo um holograma feito à mão. Programa Novos Talentos, Projeto Vivendo a USP, 2011. Vanderlei s. Bagnato. Fotônica e o laser na odontologia moderna. Implant News 9: Suplemento especial, 8-10, 2012. Nos sites abaixo estão descritos os usos mais comuns em medicina e estética e os princípios de ação de tratamento com o uso de luz (laser e fotodinâmica). Todos os acessos foram feitos em 07/06/2012. http://www.laseresaude.com.br/laserterapia_1.html (Os benefícios da laserterapia para a saúde) http://www.youtube.com/watch?v=_VHiBIC8QA4 (uso de laser no tratamento cardíaco) http://issuu.com/elsevier_saude/docs/convissar (uso de laser em odontologia) http://saudenainternet.com.br/portal_saude/o-raio-laser-e-suas-aplicacoes-em-estetica.php (uso do laser em estética) http://transamerica.tv.br/Saude/terapia-fotodinamica.html. http://www.dermatoscopiadf.com.br/site/index.php?option=com_content&task=view&id=24&Itemid=49 http://www.einstein.br/espaco-saude/proteja-se/Paginas/terapia-foto-dinamica-trata-cancer-de-pele-sem-cicatriz. aspx http://www.dermatologia.net/neo/base/artigos/terapia_fotodinamica.htm 19 voltar ao índice
