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nº da aula Titulo da aula Responsáveis aula 01 Definição de ondas mecanicas Daiane aula 02 Definição de ondas mecanicas Daiane aula 03 ondas eletromagnéticas (experimentos de Hertz e Oliver) Odirlei e Edson aula 04 Funcionamento valvulas transmissor telegrafo Angela e Alana aula 05 Radio Am e Fm Júlia e Daiane aula 06 Montagem dos rádios Todos aula 07 Montagem dos rádios Todos aula 08 Montagem dos rádios Todos Plano de Aula N 01 e 02 o Estagiário(a): Daiane T. P. Mafra Escola: EEB Giovani Pasqualini Faraco Série: 3ª série Turma(s): Todas Aula N 01 e 02 (uma aula) Data: a definir o Duração: 40 min Título: “Ondas Mecânicas” Objetivos de Ensino: Apresentar os conceitos básicos sobre ondas mecânicas tais como: comprimento de onda, frequência, amplitude, período e velocidade; Introduzir o conceito de ondas sonoras. Objetivos de Aprendizagem: Compreender os conceitos básicos sobre ondas mecânicas tais como: comprimento de onda, frequência, amplitude, período e velocidade; Diferenciar o que é uma onda sonora e como ela se propaga. Núcleo Conceitual: ondas mecânicas, comprimento de onda, frequência, período, amplitude, velocidade de propagação de onda, som. Procedimento Didático: 1º momento: apresentação do projeto Tempo previsto: 5 minutos. Dinâmica: Neste momento o projeto será apresentado aos estudantes, informado o número de aulas e os conteúdos que serão abordados em cada aula, e também que nos dois últimos encontros será construído um transmissor FM. O projeto foi elaborado em uma sequência de oito aulas, sendo destinadas cinco aulas para serem apresentados os conceitos físicos envolvidos na construção de um transmissor FM, serão trabalhados os conteúdos: ondas mecânicas, ondas eletromagnéticas, o funcionamento de válvulas e transistores e sua utilidade no circuito elétrico, e na quinta aula sendo destinada a apresentação geral do circuito elétrico de um transmissor, na qual será evidenciado todos os componentes elétricos e sua função no circuito, e ainda será diferenciado um transmissor AM de um FM, e as três últimas aulas serão destinadas a construção do transmissor pelos alunos mediante a orientação do professor. 2 momento: Ondas mecânicas Tempo previsto: 40 minutos. o Dinâmica: Serão apresentados alguns conceitos básicos para que os alunos possam compreender os fenômenos físicos envolvidos no processo de construção de um transmissor de voz. Primeiramente será definido o que são ondas mecânicas e como elas se propagam, no estudo da física onda é definido como: “Uma perturbação que se propaga no espaço ou em qualquer outro meio”. Uma onda transfere energia de um ponto para outro, mas nunca transfere matéria entre dois pontos. As ondas mecânicas são aquelas que necessitam de um meio material para se propagar como, por exemplo, onda em uma corda ou mesmo as ondas sonoras, não se propagam no vácuo e podem ser classificadas de dois tipos: transversal e longitudinal. Onda transversal: “Uma onda transversal ocorre quando temos a vibração da onda perpendicular a sua propagação”, e onda longitudinal: “As ondas longitudinais são aquelas em que a vibração e a propagação ocorrem na mesma direção” [1]. Para ilustração e diferenciação desses tipos de ondas será apresentada a figura 1 e a figura 2 que estão no anexo I deste plano de aula, também os estagiários utilizarão uma mola para ilustrar a propagação de cada onda. Outros conceitos sobre ondas que serão apresentados nesse momento são: frequência, amplitude, comprimento de onda e período. Frequência: é o número de oscilações da onda, por certo período de tempo. A unidade de frequência do Sistema Internacional (SI), é o hertz (Hz). Período: é o tempo(T) de um ciclo completo de uma oscilação de uma onda. Comprimento de onda: é o tamanho de uma onda, que pode ser medida em três pontos diferentes: de crista a crista, do início ao final de um período ou de vale a vale. Crista é a parte alta da onda, vale é a parte baixa. É representada no SI pela letra grega (λ) Velocidade: todas as ondas possuem uma velocidade, que sempre é determinada pela distância percorrida, sobre o tempo gasto. Nas ondas, essa equação fica: v = λ / T ou ainda v = λ . f Amplitude: é a "altura" da onda, é a distância entre o eixo da onda até a crista. Quanto maior for à amplitude, maior será a quantidade de energia transportada. Para ilustrar esses conceitos será utilizada a figura 3 do anexo I deste plano de aula. 3 momento: Som Tempo previsto: 35 minutos. Dinâmica: Neste momento será iniciado o estudo sobre o som, ele é classificado como uma onda mecânica, O som é obtido pela vibração de alguma coisa, cordas do violão, nossas cordas vocais, a membrana de um alto falante e entre outros. Quando emitimos um som, as moléculas de ar começam a vibrar longitudinalmente, transmitindo a perturbação para as moléculas vizinhas e assim por diante, formando as ondas. A definição de som é: “é uma onda mecânica longitudinal e tridimensional” [2]. Para encerrar essa aula, será utilizado o experimento do telefone de barbante, os estagiários levarão os experimentos prontos para que os alunos o manipulem em duplas, o roteiro desse experimento está no anexo II deste plano de aula. Algumas questões que serão feitas a respeito desse experimento são: Como é possível escutarmos um ao outro em cada copo? Como o som está se propagando? O objetivo desse experimento é que os alunos compreendam que quando falamos o ar vibra, fazendo o fundo do copo também vibrar. Essas vibrações são transmitidas pelo barbante até chegar ao fundo do outro o copo, que provoca uma vibração do ar ao seu redor, isso produz o som que escutamos. Para transmitir essas vibrações o barbante precisa ficar bem esticado Avaliação: O alcance dos objetivos será medido por meio da participação dos alunos durante a aula, será levada em consideração a participação efetiva do aluno ao longo das atividades e do experimento do telefone de barbante, respondendo as questões formuladas pelos estagiários e levantando hipóteses, na tentativa de compreender o fenômeno ali envolvido, a valorização do tema explorado, o respeito aos estagiários e ao raciocínio dos colegas de classe. O objetivo dessa aula é fazer com que os alunos compreendam os conceitos envolvidos na propagação de ondas mecânicas e como o som se propaga. Referências: [1]http://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/ondas--b-tipos-de-onda-de-vibracaoamplitude-e-comprimento-de-onda.htm [2] SANT’ANNA, Blaidi, REIS, Hugo Carneiro, MARTINI, Gloria, SPINELLI, Walter. Conexões com a Física. Volume 2. São Paulo, Moderna, 2010. Referências adicionais: GREF - Grupo de reelaboração do Ensino de Física. Eletromagnetismo. EDUSP. 2005. São Paulo. http://www.cdcc.sc.usp.br/ondulatoria/musica3.html acessado em 19/04/2015 ás 16:35 hrs. www.feiradeciencias.com.br acessado em 20/04/2015 ás 17:15 hrs. Observações: ANEXO I Figuras de apoio ao 2 momento: Ondas mecânicas. o Figura 1 - Ondas transversais. Fonte:osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/2013/11/cursos-do-blog-termologiaoptica-e-ondas_19.html Figura 2 - Ondas longitudinais. Fonte:osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/2013/11/cursos-do-blog-termologiaoptica-e-ondas_19.html Figura 3 – Conceitos envolvidos em uma onda. Fonte: michelgiraldo19.blogspot.com.br/ ANEXO II Roteiro experimental do Telefone de barbante Material 1. Dois copos descartáveis 2. Barbante 3. Dois clipes 4. Lápis Como fazer 1. Faça um furo com o lápis no fundo do copo. 2. Passe a ponta do barbante pelo fundo do copo e, na sequência, amarre o clipe na ponta do barbante que está dentro do copo. 3. Repita todo o procedimento na outra ponta do barbante. 4. Chame um amigo, peça para ele colocar um dos copos no ouvido e depois estique o barbante e comece a falar! Fonte: pt.wikihow.com/Fazer-um-Telefone-de-Brinquedo Plano de Aula 03 Estagiários: Odirlei Forster e Edson Lopes Vaz Escola: Educação Basica Giovanni Pasqualini Faraco Série: 3ª Turma(s): todas Data: xx/06/2015 Duração: 40 min Título: Ondas eletromagnéticas Objetivos de Ensino: Revisar as ondas mecânicas; Apresentar as faixas que compôem o espectro eletromagnético; Conceituar sobre a velocidade de propagação, o comprimento de onda e a frequência das ondas de rádio; Situar históricamente a descoberta das ondas eletromagnéticas. Objetivos da Aprendizagem: Relembrar as ondas mecânicas; Visualizar as faixas que compôem o espectro eletromagnético; Compreender velocidade de propagação, comprimento de onda e frequência das ondas de rádio; Identificar históricamente a descoberta das ondas eletromagnéticas. Núcleo Conceitual: Ondas eletromagnéticas -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1º momento: Introdução à aula Tempo previsto: 10 minutos. Dinâmica: A aula será iniciada com o professor relembrando que na aula anterior foram estudadas as ondas mecânicas e que duas propriedades das ondas são comprimento de onda e a frequência. 2 momento: Video Tempo previsto: 15 minutos. Dinâmica: O professor irá apresentar uma parte do video “Ondas Eletromagnéticas” (1.06 - 3.57), nele é apresentado o espectro eletromagnético dividindo-o em 7 partes: Raios Gama, Raios x, Ultravioleta, Visível, Infravermelho, Microondas e Rádio. Depois do vídeo o professor irá afirmar que a parte mais importante de se compreender nesse momento são as ondas de rádio, uma vez que estamos interessados em construir estações de rádio. As ondas de rádio, assim como todas as outras, se propagam com a velocidade da luz (v = 3.00 x 10 m/s); a frequência (f) delas varia de 10 a 10 hertz, isso significa que durante 01 segundo as ondas de rádio completam entre 100 e 10 000 000 de oscilações; Já o comprimento de onda (λ) varia de 1,0 a 10 000,0 m, essa é uma das caracteristicas que permitem às ondas de rádio propagar-se por longas distâncias, o que está em negrito será escrito no quadro para que os alunos copiem, o que não esta em negrito será apenas falado. O objetivo do vídeo é mostrar que existe o espectro eletromagnético de forma rápida e sucinta, não é esperado que os alunos o aprendam em detalhes, basta a compreensão de que as ondas de rádio são uma parte do espectro eletromagnético. o 8 3 momento: A descoberta das ondas eletromagnéticas. Tempo previsto: 15 minutos. o 2 7 Dinâmica: O professor irá explicar que essas ondas foram propostas matematicamente por James Clerk Maxwell (1831 - 1879) em 1864. Durante algum tempo a comunidade científica duvidou que as ondas de Maxwell pudesse existir na natureza, mas em 1889, Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894) conseguiu produzir ondas eletromagnéticas e medir sua velocidade de propagação, que é exatamente o valor previsto por Maxwell. Avaliação: O alcance dos objetivos será medido através de: avaliação subjetiva da participação, com perguntas feitas pelo professor aos alunos para que citem exemplos de onde isso se aplica, e também abertura por parte do professor aos alunos para que o interrompam sempre que não compreenderem uma determinada parte do assunto ou queiram fazer perguntas ou colocações. Anexo ao plano de aula nº 03 Figura 01: O espectro eletromagnético. Referências [1] Videos Educativos, Ondas Eletromagnéticas Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=XX9By5eHy0o> Vídeo editado pela equipe PIBID, sub projeto de Física da UDESC. Acessado em 15/05/2015. [2] Só Biologia Disponível em: <http://www.sobiologia.com.br/conteudos/oitava_serie/Ondas4.php> Em 22/05/2015. [3] Conexões com a física/ Blaide Sant’Anna... [et al.]. – 3. Ed. – São Paulo: Moderna, 2013. Plano de Aula N 04 Estagiário(a): Alana Caroline Lopes e Angela Mary Gaulke Escola: EEB Giovani Pasqualini Faraco Série: 3ª série Turma(s): Todas Aula N 04 Data: Duração: 40min (uma aula) o o Título: “Válvulas, Transistores e Telégrafo” Objetivos de Ensino: Apresentar aos alunos o funcionamento de válvulas, transistores e telégrafos. Introduzir como o telégrafo serviu de base para criação do rádio. Indicar a utilização dos componentes conhecidos e qual será sua aplicação no rádio. Objetivos de Aprendizagem: Compreender qual a funcionalidade de cada componente e sua utilização no rádio. Entender qual o papel da evolução do telégrafo na criação do rádio. Núcleo Conceitual: corrente elétrica, resistência elétrica, tensão elétrica, frequência, impulsos eletromagnéticos. Procedimento Didático: 05 minutos: Organização e introdução da aula 10 minutos: Explicação do funcionamento de uma válvula 10 minutos: Explicação do que é um transistor 15 minutos: Explicação e demostração do funcionamento de um telégrafo 1º momento: Organização e introdução da aula Tempo previsto: 05 minutos. Dinâmica: Esse momento se dá para que o professor se desloque de uma sala a outra, possa fazer a organização da sala e também a chamada. Após isso, ele deve introduzir que irá demonstrar na aula o funcionamentos de alguns componentes que irão compor o rádio. 2 momento: Funcionamento da Válvula Tempo previsto: 10 minutos. Dinâmica: Guiado pelo texto do anexo 01, com uma imagem ilustrativa de uma válvula, introduzir aos alunos, como funciona, o que é e como será aplicada no posterior trabalho. As explicações sobre válvula, tem o intuito de demonstrar aos alunos o funcionamento da mesma e introduzir o transistor. o 3º momento: Funcionamento do transistor Tempo previsto: 10 minutos. Dinâmica: Será introduzido o funcionamento do transistor fazendo um paralelo para explicar que o mesmo é uma evolução de válvula. 4º momento: Funcionamento do telégrafo Tempo previsto: 15 minutos. Dinâmica: Nesse momento haverá duas etapas, a primeira onde o professor explica o funcionamento do telegrafo, e depois apresentado o princípio da comunicação com telégrafo através de um transistor que acionará um led toda vez que receber um pulso. Avaliação: A avaliação será analisar se o aluno é capaz de responder questões sobre como é construído cada um dos elementos apresentados e como cada um deles funciona. Será avaliada também, a capacidade dos alunos em fazer perguntas de caráter investigativo, se são capazes de fazer perguntas que remetem ao seu entendimento sobre os assuntos abordados. Referências: [1] Instrumentação do Ensino de Física. Construção de uma válvula eletrônica. UNICAMP.2005.São Paulo. http://www.prp.rei.unicamp.br/pibic/congressos/xxcongresso/paineis/097229.pdf Acessado em 6/05/2015 às 15:30 [2] Acervo Digital da Unesp. Objetos Educacionais. UNESP. 2013. São Paulo. http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/23295/Representacao%20 e%20um%20transistor.jpg?sequence=1 Acessado em 21/04/2015 às 16:30. http://www.alunosonline.com.br/fisica/transistores.html Acessado em 6/05/2015 às 15:00. [3] Feira de Ciências. Telégrafo e Campainha elétrica. Prof. Luiz Ferraz Netto.1999.São Paulo. http://www.feiradeciencias.com.br/sala02/02_097.asp Acessado em 6/05/2015 às 16:00. Observações: ANEXO AO PLANO DE AULA: N 01: Funcionamento válvula adaptado de…. o Funcionamento de válvulas: Quando um material condutor é aquecido, acelera seus elétrons, facilitando o desprendimento dos mesmos e criando uma nuvem eletrônica em volta do metal. Se este material estiver próximo de outro menos aquecido e entre eles for aplicada uma diferença de potencial adequada, pode ocorrer uma corrente elétrica. A válvula, consiste em duas placas condutoras, uma próxima ao filamento, sofrendo aquecimento e outra a uma certa distância. Quando o condutor próximo ao filamento é polarizado com tensão negativa, os elétrons são desprendidos pelo calor e atraídos pela placa positiva. Todos os componentes são fixados dentro de uma cápsula de vidro a vácuo para que a corrente possa fluir entre os eletrodos sem a necessidade de uma tensão muito elevada. N 02: Funcionamento do transistor o Funcionamento do transistor: Ao se fazer circular uma corrente elétrica pela base (camada central), o transistor passa a ser um condutor, diminuindo a resistência entre coletor e emissor. Um fato muito interessante do transistor é que a corrente elétrica que circula entre emissor e coletor é um múltiplo da corrente que entra na base. Assim, o transistor também pode ser utilizado como amplificador. N 03: Funcionamento do telégrafo o Telégrafo: O telegrafo é um circuito que contém uma ou mais pilhas, uma chave interruptora e um eletroímã. Ao apertar o interruptor G (feito de uma tira de lata dobrada) a lâmina encosta no prego F fechando o circuito elétrico constituído pelas pilhas (A), fio de cobre esmaltado (B), eletroímã (C) e interruptor (G + F). Ao fazer isto, o prego do eletroímã (C) magnetiza-se e atrai a lâmina (D); ela bate no eletroímã e faz um barulhinho, um “clique”. Ao soltar o interruptor, abre-se o circuito, o prego perde o magnetismo e solta a lâmina (D). Um “clique” rápido identifica um ponto (.), um “clique” em tempo mais prolongado identifica um traço (-).Apertando e soltando com rapidez e tempo adequado o interruptor (que no telégrafo passa a denominar-se manipulador) podemos enviar uma mensagem “codificada” - é o famoso código Morse, organizado pela combinação de pontos e traços. Plano de Aula N 05 o Estagiário(a): Daiane e Júlia Escola: EEB Giovani Pasqualini Faraco Série: 3ª série Aula N 5 o Turma(s): Todas Data: a definir Duração: 40 min (uma aula) Título: “Transmissor FM” Objetivos de Ensino: Apresentar o circuito do transmissor FM. Explicitar cada componente eletrônico e sua função no circuito. Diferenciar o funcionamento de um rádio AM e FM. Objetivos de Aprendizagem: Compreender como será o circuito do transmissor FM; Entender a função de cada componente eletrônico no circuito. Compreender a diferença do funcionamento do rádio AM e FM. Núcleo Conceitual: circuito transmissor, frequência modulada, amplitude modulada. Procedimento Didático: 1º momento: apresentação do circuito do transmissor FM Tempo previsto: 10 minutos. Dinâmica: Neste momento o professor entregará impresso aos estudantes a imagem do circuito do transmissor FM e irá detalhar cada componente eletrônico explicitando a sua representação no circuito, os alunos irão manipular um transmissor já confeccionado para que conheçam os componentes e os associem com as imagens do circuito, a imagem do circuito que será utilizado para a confecção do transmissor está no anexo 1 a este plano de aula. 2 momento: Explicação do funcionamento de cada componente eletrônico Tempo previsto: 25 minutos. Dinâmica: Neste momento o professor irá apresentar componente por componente e explicará a sua função no circuito do transmissor FM: microfone de eletreto, capacitor, indutor, resistor e bateria. Os conceitos sobre o que é uma bateria e um resistor já foram estudados e serão apenas revisados, o microfone de eletreto, capacitor e indutor serão sistematizados no quadro, as definições e representações sobre ambos estão no anexo II ao plano de aula. Referente à função de cada um dos componentes elétricos e como eles cooperam entre si para o funcionamento do transmissor FM, uma resumida explicação seria: Quando conectamos um capacitor a um indutor sendo eles alimentados por uma bateria, ocorre uma corrente alternada que por consequência gera ondas eletromagnéticas, essas ondas que foi objeto de estudo em aulas passadas, se propagam pelo espaço, atravessam paredes, pessoas e podem carregar informações (como música, no caso de rádios). O capacitor vai perdendo cargas com tempo e para que a corrente oscilante no circuito LC não diminua a sua intensidade e por conseguinte a onda eletromagnética também não diminua com o tempo ou até desapareça, é preciso encher este capacitor novamente e assim fazer com que a corrente fique oscilando, gerando as ondas eletromagnéticas. Porém, para encher o capacitor temos que usar uma “bomba” de elétrons que entre no ritmo do circuito LC, o esquema de como esse processo é gerado é a figura 5 no anexo o III ao plano de aula. Também é utilizado um transistor, que tem a função de amplificar ou interromper sinais elétricos. Conectando todos os componentes eletrônicos dessa maneira, podemos afirmar que a onda eletromagnética não irá desaparecer, e o circuito criado é um transmissor de ondas de rádio que transmite informação, por exemplo, nossa voz. Basta conectarmos um microfone no nosso circuito de tal forma que o sinal da nossa voz perturbe ligeiramente o circuito (que chamamos de bomba de elétrons), que carrega o capacitor e essa perturbação fará com que a onda eletromagnética obtida tenha um formato um pouquinho diferente, onde essa diferença depende do som da nossa voz. Dentro do rádio existe um capacitor variável, que possibilita alterar a frequência da onda eletromagnética. Fazemos isto o tempo todo, quando trocamos de estação de rádio: estamos mudando a capacitância do circuito LC, mudando a frequência da onda gerada (estação) [1]. Cada estação de rádio possui um número, que corresponde a sua frequência, todas as estações FM transmitem com uma frequência entre 88 e 108 megahertz e as estações AM entre 535 a 1.700 khertz. 3º momento: Definição de rádio AM e FM. Tempo previsto: 5 minutos. Dinâmica: Para iniciar este momento o estagiário irá questionar os alunos do porque existe a rádio AM e a FM se as duas são ondas eletromagnéticas. A partir dessa discussão irá diferenciar a rádio AM e a FM e explicar o que são frequência e amplitude moduladas. Para ajudar nessa explicação o estagiário utilizará as imagens do Anexo IV. A onda de rádio é chamada de onda portadora. Na frequência modulada, que está relacionada a rádio FM, a frequência dessa onda muda de acordo com o sinal das informações. E na amplitude modulada, rádio AM, é a amplitude que muda. A rádio AM possui uma grande capacidade de transmissão, com um emissor de potência relativamente baixa, atingi longas distâncias. Avaliação: O alcance dos objetivos será medido por meio da participação dos alunos durante a aula. Será levada em consideração a participação efetiva do aluno ao longo das atividades, respondendo as questões formuladas pelos estagiários e levantando hipóteses, na tentativa de compreender o que está sendo explicado, a valorização do tema explorado, o respeito aos estagiários e ao raciocínio dos colegas de classe. O objetivo dessa aula é fazer com que os alunos conheçam o funcionamento de um transmissor de rádio. Referências: [1] GREF - Grupo de reelaboração do Ensino de Física. Eletromagnetismo. EDUSP. 2005. São Paulo. http://www.radiocomrn.com.br/antenado?id=10 Observações: ANEXO I Figura 1- Circuito do transmissor FM Fonte: www.te1.com.br ANEXO II Funcionamento do Microfone de eletreto: O som atinge uma folha fina feita de Mylar (eletreto)(1) que ligado ao terminal negativo fazendo ela vibrar, ao vibrar altera a distância em relação a uma placa que está ligada a base (G) de um transistor tipo FET. Ao alterar a distância, como as placas estão carregadas irá alterar a indução elétrica na base (G) do transistor, essa perturbação faz com que exista condução entre o (S) e (D), que é um sinal elétrico que adquire a forma de uma onda elétrica amplificada idêntica ao som que o microfone recebeu. Figura 2 – Representação de um microfone de eletreto. Fonte texto e imagem: www.feiradeciências.com.br Capacitor: é um elemento do circuito elétrico que tem como função armazenar energia elétrica. O capacitor elétrico consiste em dois condutores separados por um material isolante e, conectando o capacitor, por um tempo, a uma bateria, o mesmo fica carregado. Cada placa do capacitor é carregada com uma carga elétrica oposta à outra. Figura 3 – Representação de um capacitor C Fonte texto e imagem: www.efeitojoule.com Indutor: É conhecido como solenóide ou bobina, é um componente elétrico capaz de armazenar energia em um campo magnético gerado pela corrente que o circula. Figura 4 – Representação de um Indutor L Fonte texto e imagem: www.eletronicadidatica.com.br ANEXO III Figura 5 – Circuito alimentador do Capacitor (bomba de elétrons) www.feiradeciencias.com.br ANEXO IV http://tecnologia.hsw.uol.com.br/radio7.htm http://pit935.blogspot.com.br/2012/12/milestones-eventos-em-destaque-nodia_25.html
