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H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
2014
Materiais
Recicláveis
Prof. Dr. Henrique Duarte da Fonseca Filho
Departamento de Exatas
Universidade Federal do Amapá
E-MAIL: [email protected]
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Sumário
2014
I. Porque usar experimentos em sala de aula?
II. Como e quando usar?
III. Experimentos de hoje:
Experimento 1: A cama de pregos.
Noções de pressão, força e área.
Experimento 2: Espectroscópio .
Fundamento e construção.
Experimento 3: Ilusão de óptica.
Como nossos olhos (e cérebro) interpretam certas imagens e
situações.
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Experimento 1
2014
"A pressão atmosférica aperta e comprime as coisas na superfície da Terra"
Não... pressão não aperta e nem comprime coisa alguma!
Pressão
grandeza escalar e, como tal, totalmente destituída das características
de direção e sentido.
Infelizmente ainda há alunos (e talvez professores) que, ao se referirem à pressão
atmosférica, fazem gestos com a mão para salientarem a (falsa) idéia de que "é algo que
aperta ou comprime as coisas para baixo". Pressão devido ao peso da atmosfera terrestre
ou de qualquer outra força nada tem a ver com "para cima, para baixo, esquerda,
direita" ou qualquer outra orientação. Pressão não pode ser representada por 'setas',
como se vê com frequência em figuras de células (biologia), experimentos de física e etc.
A pressão tem conceito do mesmo tipo que a "densidade", que nos informa uma
distribuição de massas num dado volume... e ninguém usa 'setas' indicar as densidades!
Você já ouviu alguém dizer algo assim: " A densidade aperta a água no fundo do copo."?
Assim, para não errar mais, pense na pressão como uma 'densidade', nos informando
uma distribuição deintensidades de forças numa dada área, e dai a fórmula conhecida:
p = |F|/A
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
A cama de pregos
2014
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
2014
Material
Placa de madeira 20x20 cm2, com 1,5 a 2,0 cm de espessura;
4 tiras de madeira para fazer a moldura (opcional);
de 300 a 400 pregos (comprimento maior que 3 cm para a cama);
8 pregos para montar a moldura (opcional);
uma régua de 20 ou 30 cm;
um martelo;
30 cm
uma bexiga de festas.
pregos
30 cm
5 cm
1 cm
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Montagem
2014
1) Risque na placa de madeira um quadrado 20x20 cm2 , de modo que
entre os lados do quadrado e as bordas da peça sobre uma margem de
5 cm;
2) Marque os lados do quadrado de 1 em 1 cm;
3) Trace retas paralelas aos seus lados separadas de 1 cm, formando
uma rede;
4) Os pregos devem ser fixados nos nós dessa rede.
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Testes
2014
1) Sinta a cama de pregos com a sua mão;
2) Pressione um balão de festas cheio de ar contra a ponta de um
prego isolado;
3) Pressione agora outro balão cheio de ar contar a cama de pregos;
4) Coloque a cama em cima de uma cadeira. Sinta-se à vontade para
se sentar na cama!
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A Física
2014
Considere um adulto que se deite na cama. O peso de um adulto é algo
ao redor dos 70kgf. Se ele de apoiar em pelo menos 2 000 pregos, cada
prego suportará 70/2.000 kgf = 0,035 kgf, ou seja, 35 gf. A pressão efetiva do
sistema, ou o 'peso por prego' será de 35 gf. Com essa pressão o corpo
humano não sentirá qualquer desconforto; não sentirá desconforto mesmo
que a pressão dobre (70 gf/prego) ou mesmo triplique! Os pregos não
perfurarão quer a roupa ou a pele. O experimento só apresentará
desconforto (e isso não vale a pena experimentar) quando o peso em
qualquer prego se aproxima dos 200 gf
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Experimento 2
2014
Um espectroscópio é um instrumento destinado a separar os diferentes
componentes de um espectro óptico. Constitui-se essencialmente de uma fresta
situada no plano focal de um colimador, um prisma ou rede de difração e um
anteparo (tela) onde se projeta (imagem real) o feixe dispersado.
Para produzir a decomposição de uma luz composta de várias cores
(frequências) Newton utilizou um prisma, que desvia em diferentes ângulos de
emergência cada cor (comprimentos de onda) ao ser atravessado pelo feixe
composto.
Decomposição por rede de difração
Posteriormente se utilizaram de redes de difração, que consistem num
suporte (transparente ou refletor) com ranhuras (linhas) finíssimas, em cada
milímetro de extensão podem caber nada menos de 500 a 1000 dessas ranhuras
(linhas), que fazem com que, inicialmente, cada cor do feixe de luz incidente se
disperse em todas as direções (difração).
A seguir, segundo direções determinadas desse feixe difratado, cores
iguais (comprimentos de ondas iguais) sofrem interferência construtiva e se
reforçam (somam geometricamente suas amplitudes) e em outras direções
sofrem interferência destrutiva.
O resultado final é equivalente àquele obtido mediante o prisma, a
saber, a decomposição de um feixe de luz policromática em seus componentes
monocromáticos, porém desta vez, com maior eficiência, quer dizer, com
melhor e mais uniforme separação dos mesmos.
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Experimento 2
2014
Decomposição da luz branca ao incidir num disco compacto (C.D.), entrando
pela fresta (janela).
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Material
Uma caixa de fósforos das grandes;
Um cd (compact disc) não mais utilizado;
Tesoura;
Estilete.
2014
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Montagem
2014
1) Inicialmente vamos partir o CD em vários pedaços.
Necessitaremos de um pedaço de CD de aproximadamente 1/8 do
disco;
2) A seguir, com uma lâmina protegida, vamos abrir uma pequena
janela na parte superior da caixa de fósforo. Oriente-se nas figuras
abaixo para bem localizar essa janela. Corte e dobre esse de modo a
funcionar como uma janela.
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Montagem
2014
1) Cole, a seguir, o pedaço de CD no centro da gaveta da caixa de
fósforos. Isso deve ser feito de modo que, abrindo-se ligeiramente a
gaveta para permitir a entrada da luz solar, o pincel refletido e
difratado saia pela janela praticada na face superior. Eis a ilustração
disso:
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Testes
2014
1)Pegue seu espectroscópio e oriente-o para a luz proveniente, por
exemplo, de uma lâmpada incandescente comum. O que você observa?
2) Experimente agora com uma lâmpada fluorescente. Que diferença
você pode observar?
3) Experimente agora observar o espectro solar (espectro de absorção).
Tome cuidado para não focalizar diretamente o Sol. Procure identificar
com cuidado as linhas mais características.
4) Você poderá também observar os espectros de emissão de algumas
lâmpadas para iluminação pública (branca, de mercúrio, de sódio etc.) e
aquele de alguns anúncios luminosos (gás néon etc.).
5) Num laboratório de Química, é possível 'queimar' pedaços de cobre,
zinco, alumínio etc. ou sais sobre o bico de Bunsen; as luzes emitidas
poderão ser observadas e analisadas com seu espectroscópio.
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A Física
2014
Nessa parte experimental foi mostrado como construir um
espectroscópio muito simples e econômico, mas que apresenta uma excelente
relação qualidade/precisão (medida pelo poder separador das cores). Seu
poder separador se baseia no fenômeno de difração produzido, neste caso, por
'espelhinhos' microscópicos para a leitura do laser em um disco compacto (CD).
Em um CD típico há 1000 pontos de difração para cada milímetro do disco, o
que permite separar muito bem as cores elementares.
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Ilusão de óptica
2014
Durante o dia, os olhos movem-se mais de 100.000 vezes para
receberem as ondas de luz que os atingem. Se considerarmos que 80% de todas
as impressões sensoriais captadas pelo homem são de natureza óptica,
reconheceremos que os olhos realizam um árduo trabalho.
Para que a visão seja possível, o trabalho conjunto de ambos os olhos
reveste-se de grande importância. Faça uma pequena experiência em frente do
espelho: quando levanta um dos olhos, o outro automaticamente eleva-se
também, não sendo possível baixá-lo.
Mais ainda: se um dos olhos se virar para fora ('afastando-se' do nariz),
o outro se volta paralelamente para dentro ('aproximando-se' do nariz); é
impossível a ambos os olhos moverem-se simultaneamente para fora. Para
dentro o caso é diferente. Fixe um objeto com ambos os olhos. Quanto mais
perto o objeto se encontrar, mais acentuada se torna a convergência. Os olhos
convergem, mas não divergem!
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Os olhos
2014
O olho humano é constituído pelo globo ocular, que é um aparelho óptico
provido de uma lente, e por uma série de órgãos coordenados: pálpebras,
conjuntiva, glândulas lacrimais, músculos e nervos, bem como o nervo óptico,
que está atrás do globo ocular e se prolonga até ao centro da visão, no cérebro.
Os olhos podem ser comparados a uma máquina fotográfica. Quando os
raios de luz encontram a córnea e a penetram, são refratados pela primeira vez.
Atravessam então a câmara anterior, que contém o humor aquoso, atingindo o
cristalino e o humor vítreo. O cristalino converge e então os raios luminosos
que o atravessam, também. Após ter atravessado o humor vítreo, a luz encontra
a retina, que constitui a membrana mais interna das três que formam a parede
do globo ocular.
As verdadeiras células da visão encontram-se na retina, que se transforma no
nervo óptico. A imagem que surge nesta membrana é levada, como um
impulso, até ao centro da visão, situado no lobo occipital do cérebro.
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Os olhos
2014
Devido aos 7 milhões de células em cone que se encontram na retina, os olhos
são capazes de perceber as cores, ou melhor, os diferentes comprimentos de
onda da luz, como sensações heterogêneas.
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Ilusão de óptica
2014
Na retina são projetadas imagens menores e invertidas dos objetos
emissores da luz: o que no objeto está à direita encontra-se à esquerda
na imagem projetada na retina, e o que no objeto se localiza na parte
superior encontra-se na imagem na parte inferior:
Mas por que razão nós vemos o objeto 'direito', se este se encontra
invertido na imagem da retina?
Na realidade, os olhos não vêem, mas reconhecem a imagem; porém,
só depois da transmissão desta ao cérebro temos consciência dela já na sua
posição correta, uma vez que o cérebro inverte novamente a imagem.
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Experiência
2014
Mantenha, a uma distância de cerca de 40 cm, um plástico transparente diante
dos olhos. Por detrás dele, a uma distância de cerca de 50 cm, encontra-se uma
palavra escrita. Sucessivamente, pode ver focado, quer o plástico, quer as letras
da palavra. No entanto, nunca pode ver ambos nítida e simultaneamente.
O sistema óptico dos olhos, que funciona de uma forma maravilhosa, acusa
numerosas imperfeições. Estas, juntamente com os erros de transmissão que se
verificam entre os olhos e o cérebro, assim como as falsas interpretações
transmitidas por este, explicam a existência de ilusões ópticas.
Nos olhos existe o que é denominado 'ponto cego'. É a zona em que o nervo
óptico penetra na retina. Como, neste ponto, a retina não pode ter células
fotossensíveis, não ocorre aqui qualquer sensação de luz. A mancha cega
apresenta diâmetro de 1,5 a 1,7 mm aproximadamente.
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Experiência
2014
Feche o olho direito e fixe o ponto da direita com o olho esquerdo a
uma distância de cerca de 25 cm. O ponto da esquerda torna-se
invisível.
Para encontrar a distância certa, aproxime lentamente os olhos da
imagem. Então, a determinada distância, o ponto desaparece - apenas
enquanto a imagem recai precisamente no nervo óptico - surgindo
depois com uma maior aproximação.
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Ilusões sensoriais
2014
A ilustração reproduz a espiral de Fraser.
Este desenho já constitui uma ilusão óptica, pois não se trata, de modo algum, de uma espiral, mas
de uma sucessão de pequenos círculos concêntricos que se vão tornando progressivamente
maiores. O efeito de espiral é provocado pelas linhas mais grossas pretas e em forma de espiral.
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Ilusões sensoriais
Aproxime o desenho de seu rosto, até o nariz tocar a tela,
para fechar a ponte.
2014
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Ilusões sensoriais
2014
As ilusões sensoriais verificam-se quando a percepção não se conjuga
com a realidade. As ilusões sensoriais normais são, na estrutura e no
modo de funcionamento dos respectivos órgãos, fundamentadas, do
mesmo modo que nos processos psicológicos, através de impressões
sensoriais associadas apenas a percepções .
Na maioria das ilusões ópticas não se verificam ilusões reais dos
sentidos, mas ilusões que surgem da interpretação habitual de um
objeto ¾ uma interpretação que, contudo, não é exata para o caso em
questão e, conseqüentemente, é falsa. Neste caso, a impressão do
sentido da visão, isto é, o registro óptico, é inteiramente correta,
verificando-se a ilusão apenas no cérebro.
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Contraste
2014
Se perguntarmos a 100 pessoas o que o conceito "contraste" lhes
sugere, 82 responderão: "Claro-escuro.“
Contrastes psicológicos
são as influências recíprocas de sensações
ópticas, quando os estímulos luminosos apresentando intensidades e
cores diferentes atuam, simultaneamente ou com um pequeno intervalo,
sobre os mesmos pontos da retina.
Assim, uma mancha um pouco mais clara aparece ainda mais clara
junto de zonas mais escuras e vice-versa.
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
Contraste
2014
Ilusões por persistência de imagem
A influência de um estímulo luminoso na retina provoca uma
sensação luminosa. Em conseqüência da inércia, decorre um
determinado intervalo de tempo até a retina ser impressionada. Por
outro lado, a excitação sobrevive ao estimulo provocado durante um
breve período.
Podemos obter persistências de imagem positivas e nítidas quando de
noite apagamos uma lâmpada clara. Na sala escura, a imagem da
lâmpada permanece durante algum tempo diante dos olhos.
Com uma luz clara e durante 30 segundos, olhe para a metade
esquerda da figura. Logo a seguir fixe o lugar marcado (ponto) da
metade direita da mesma figura.
Ilusões por persistência de imagem
As persistências de imagem podem
também ser multicoloridas. Com a
ajuda da figura ao lado, façamos uma
experiência. Para isso fixe durante 30
segundos o ponto branco que se
encontra no meio da bandeira tricolor.
A seguir, olhe para uma superfície
branca. O que vê?
H. D. Fonseca Filho – Depto. Física
2014
Obrigado
pela
atenção