Simulando as estações do ano

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COMPREENDENDO E SIMULANDO
AS ESTAÇÕES DO ANO
Denis E. Peixoto – PECIM/UNICAMP- NASE - Brasil
Introdução
Quando levamos o estudo do fenômeno das estações do ano para sala de
aula, comumente optamos por duas demonstrações clássicas para nossos
alunos. A primeira demonstração consiste na simples exposição de um
desenho da Terra e do Sol na lousa e a segunda, um pouco mais atraente, na
demonstração do fenômeno em três dimensões com a utilização de esferas de
isopor e uma simples lanterna.
No entanto, acreditamos que tanto uma quanto a outra demonstração ainda
possui diversos erros interpretativos e conceptivos, o que torna o fenômeno
conceitualmente pouco assimilado pelos alunos.
Acreditamos que com a inserção de outros fatores, principalmente do conceito
de insolação, no estudo das estações do ano conseguimos trabalhar de
maneira mais significativa com as diversas concepções alternativas dos alunos,
demonstrando o fenômeno através do que se é observado e sentido por nós
em nosso cotidiano.
Dessa forma, demonstramos nesse artigo uma alternativa para o professor que
deseja trabalhar esse fenômeno em sala de aula através da construção de um
pequeno experimento, de baixo custo, que poderá auxiliá-lo em suas
demonstrações em aula.
Compreendendo as estações do ano
Para o estudo das estações do ano devemos lembrar que a Terra faz parte de
um sistema planetário e assim como todos os outros astros desse sistema, ela
realiza diversos movimentos.
Comumente somos levados a pensar que nosso planeta possui apenas dois
movimentos sendo eles: a revolução, que é o movimento que fazemos ao redor
de nossa estrela, o Sol e que nos dá o nosso ano e a rotação ao redor de si
mesma que dentre outras coisas, nos dá o ciclo dia-noite. Porém a Terra
realiza mais de dez movimentos planetários e não apenas os dois citados.
No caso específico desse fenômeno, devemos levar em consideração não
apenas a rotação e a revolução da Terra, pois podemos ser levados a crer que
as estações se devem às distâncias Terra-Sol, uma vez que nossa órbita
planetária é uma elipse e não uma circunferência perfeita. Dessa forma
pensaríamos que quando afastada do Sol estaríamos no Inverno e quando
estivéssemos mais próximos vivenciaríamos o Verão.
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Outros fatores devem ser levados em consideração para que possamos
compreender e tentar visualizar de forma mais clara os reais motivos das
estações, são eles:
1) a inclinação do eixo de rotação terrestre;
2) o movimento aparente do Sol no céu (aparente, pois na verdade essa
movimentação é uma clara evidência de que é a Terra que está girando
ao redor de si mesma e não o Sol que está girando ao nosso redor) e;
3) a variação da insolação no decorrer dos dias e meses.
Com relação a primeira afirmação descrita acima devemos nos lembrar que
a Terra não gira perpendicularmente ao plano da órbita solar. Ela possui um
ângulo de 23º27’, aproximadamente, com relação a uma reta perpendicular
ao plano orbital. Isso faz com que nosso planeta seja iluminado de forma
diferenciada em diferentes latitudes o que nos dá as zonas climáticas.
O movimento aparente do Sol no céu também fará com que a insolação
sofra alterações no decorrer dos dias. No solstício de Verão, no caso do
hemisfério Sul, o Sol se encontra no ponto mais alto do céu (isso não quer
dizer que ele está exatamente a cima de nossas cabeças) porém, com o
passar dos dias podemos observar seu lento deslocamento para o Norte.
Esse deslocamento para o Norte será máximo no solstício de Inverno,
momento em que o Sol descreve sua menor trajetória aparente, iluminando
menos a região e consequentemente diminuindo a temperatura média
diária.
A variação da insolação é uma consequência direta dessa movimentação
aparente do Sol, pois na medida em que o Sol parece “descer” para o Norte
ele terá que iluminar uma área bem maior, ocasionado uma diminuição da
insolação. À medida que o Sol volta a se deslocar para a direção Sul (rumo
a Primavera e Verão) essa área iluminada volta a diminuir e
consequentemente a insolação volta a aumentar.
A título de curiosidade a insolação é dada pela seguinte expressão
matemática:
(expressão 1)
Para facilitar a visualização desse fenômeno e também da variação da
insolação propomos a seguir a construção de um pequeno experimento
com materiais de fácil acesso.
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Materiais necessários
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1 placa de isopor ou madeira;
1 tira de cartolina
1 lanterna pequena;
2 tachinhas para fixação;
1 tesoura;
1 caneta hidrocor.
PROCEDIMENTOS:
1 - Corte o isopor (ou madeira) numa extensão de 30 x 45 cm,
aproximadamente e desenhe os pontos cardeais com a caneta hidrocor.
45 cm
30 cm
Placa de madeira com os pontos cardeais desenhados.
2 - Corte uma tira de cartolina com uma extensão de 8,5 x 65 cm.
3 - Meça o meio da tira de cartolina e faça um orifício, com cerca de 4 cm de
diâmetro.
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Tira de cartolina cortada já com o orificio confeccionado.
4 - Fixe as duas extremidades da cartolina na placa de isopor utilizando-se
duas tachinhas.
5 - Corte as extremidades da tira para movimentá-la com maior facilidade.
Extremidade da tira de cartolina fixada na placa com auxílio de uma tachinha.
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6 - Insira a lanterna no orifício, de modo a iluminar a placa.
Lanterna inserida no orifício da cartolina.
7 - Movimente a tira de cartolina no sentido Sul-Norte, com a lanterna acesa, e
note a variação da área iluminada.
Área iluminada com a tira próximo dos 90º
Área iluminada com a tira próximo do Norte
Nesse experimento a placa de isopor, ou de madeira, simula nosso horizonte
visível, ou seja, o local de um observador em nosso planeta. A lanterna,
obviamente simula nossa estrela, o Sol, enquanto que a tira de cartolina
representa a eclíptica, que é definida como sendo o plano da órbita terrestre
(MOURÃO, 1995).
Se pudermos observar o movimento aparente no Sol na esfera celeste,
notaremos que ele parece se mover sobre a eclíptica e a cada dia passado há
uma pequena variação do local do seu nascer e ocaso, cerca de um grau por
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dia. Essa variação se dá no caso de um observador no hemisfério Sul, do
horizonte Sul para o horizonte Norte, como visto anteriormente.
É muito importante notar que nesse experimento a eclíptica ficará o tempo todo
fixada aos pontos cardeais leste e oeste, porém sabemos que o Sol tem seu
nascer e ocaso exatamente sobre os pontos cardeais leste e oeste apenas nos
dias de equinócios. No restante dos dias o Sol nascerá mais para o Norte ou
mais para o Sul.
Através da movimentação da eclíptica em nosso experimento iremos notar que
a área iluminada pela lanterna irá aumentar e, consequentemente a insolação
irá diminuir.
Se a área iluminada aumentar fica fácil notar através da expressão 1 que a
insolação diminuirá de valor.
Outro ponto importante é que quanto mais para o Norte estiver nossa eclíptica
menos tempo um observador na Terra presenciará o Sol no céu desenvolvendo
seu movimento aparente. Assim sendo, além da insolação diminuir também
teremos dias mais curtos e consequentemente uma menor.
Então... mãos à obra
BIBLIOGRAFÍA

MOURÃO, Dicionário Enciclopédico de Astronomia e Astronáutica, 2ª
ed. 1995.

PEIXOTO, D.E. O conceito de insolação como facilitador da
aprendizagem das estações do ano. Dissertação de mestrado, 138 p.
Universidade Estadual de Campinas/PECIM, Campinas-SP, 2013.

PEIXOTO, D. E, KLEINKE, M. U. O problema da dinâmica das esferas
de isopor na explicação das estações do ano. IX Encontro Nacional de
Pesquisa em Educação em Ciências – IX ENPEC, Águas de Lindóia, SP