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Materiais Recicláveis Prof. Dr. Henrique Duarte da Fonseca Filho Departamento de Exatas Universidade Federal do Amapá E-MAIL: [email protected] 2014 H. D. Fonseca Filho – Depto. Física

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Materiais

Recicláveis

Prof. Dr. Henrique Duarte da Fonseca Filho

Departamento de Exatas

Universidade Federal do Amapá

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Sumário

I. Porque usar experimentos em sala de aula?

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 esituações.

II. Como e quando usar?

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Experimento 1"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 característicasde direção e sentido.

Infelizmente ainda há alunos (e talvez professores) que, ao se referirem à pressãoatmosférica, fazem gestos com a mão para salientarem a (falsa) idéia de que "é algo queaperta ou comprime as coisas para baixo". Pressão devido ao peso da atmosfera terrestreou 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 umadistribuição 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 informandouma distribuição deintensidades de forças numa dada área, e dai a fórmula conhecida:

p = |F|/A

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A cama de pregos

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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;� uma bexiga de festas.

30 cm

5 cm

30 cm

pregos

1 cm

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Montagem

1) Risque na placa de madeira um quadrado 20x20 cm2 , de modo queentre os lados do quadrado e as bordas da peça sobre uma margem de5 cm;

2) Marque os lados do quadrado de 1 em 1 cm;

3) Trace retas paralelas aos seus lados separadas de 1 cm, formandouma rede;

4) Os pregos devem ser fixados nos nós dessa rede.

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Testes

1) Sinta a cama de pregos com a sua mão;

2) Pressione um balão de festas cheio de ar contra a ponta de umprego 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 parase sentar na cama!

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A Física

� Considere um adulto que se deite na cama. O peso de um adulto é algoao redor dos 70kgf. Se ele de apoiar em pelo menos 2 000 pregos, cadaprego suportará 70/2.000 kgf = 0,035 kgf, ou seja, 35 gf. A pressão efetiva dosistema, ou o 'peso por prego' será de 35 gf. Com essa pressão o corpohumano não sentirá qualquer desconforto; não sentirá desconforto mesmoque a pressão dobre (70 gf/prego) ou mesmo triplique! Os pregos nãoperfurarão quer a roupa ou a pele. O experimento só apresentarádesconforto (e isso não vale a pena experimentar) quando o peso emqualquer prego se aproxima dos 200 gf

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Experimento 2

� Um espectroscópio é um instrumento destinado a separar os diferentescomponentes de um espectro óptico. Constitui-se essencialmente de uma frestasituada no plano focal de um colimador, um prisma ou rede de difração e umanteparo (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 deemergência cada cor (comprimentos de onda) ao ser atravessado pelo feixecomposto.

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Decomposição por rede de difração

� Posteriormente se utilizaram de redes de difração, que consistem numsuporte (transparente ou refletor) com ranhuras (linhas) finíssimas, em cadamilímetro 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 sedisperse em todas as direções (difração).

� A seguir, segundo direções determinadas desse feixe difratado, coresiguais (comprimentos de ondas iguais) sofrem interferência construtiva e sereforçam (somam geometricamente suas amplitudes) e em outras direçõessofrem interferência destrutiva.

� O resultado final é equivalente àquele obtido mediante o prisma, asaber, a decomposição de um feixe de luz policromática em seus componentesmonocromáticos, porém desta vez, com maior eficiência, quer dizer, commelhor e mais uniforme separação dos mesmos.

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Decomposição da luz branca ao incidir num disco compacto (C.D.), entrandopela fresta (janela).

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Experimento 2

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Material

� Uma caixa de fósforos das grandes;�Um cd (compact disc) não mais utilizado;� Tesoura;� Estilete.

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Montagem

1) Inicialmente vamos partir o CD em vários pedaços.Necessitaremos de um pedaço de CD de aproximadamente 1/8 dodisco;

2) A seguir, com uma lâmina protegida, vamos abrir uma pequenajanela na parte superior da caixa de fósforo. Oriente-se nas figurasabaixo para bem localizar essa janela. Corte e dobre esse de modo afuncionar como uma janela.

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Montagem

1) Cole, a seguir, o pedaço de CD no centro da gaveta da caixa defósforos. Isso deve ser feito de modo que, abrindo-se ligeiramente agaveta para permitir a entrada da luz solar, o pincel refletido edifratado saia pela janela praticada na face superior. Eis a ilustraçãodisso:

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Testes

1)Pegue seu espectroscópio e oriente-o para a luz proveniente, porexemplo, de uma lâmpada incandescente comum. O que você observa?

2) Experimente agora com uma lâmpada fluorescente. Que diferençavocê pode observar?

3) Experimente agora observar o espectro solar (espectro de absorção).Tome cuidado para não focalizar diretamente o Sol. Procure identificarcom cuidado as linhas mais características.

4) Você poderá também observar os espectros de emissão de algumaslâmpadas para iluminação pública (branca, de mercúrio, de sódio etc.) eaquele 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 emitidaspoderão ser observadas e analisadas com seu espectroscópio.

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A Física

� Nessa parte experimental foi mostrado como construir umespectroscópio muito simples e econômico, mas que apresenta uma excelenterelação qualidade/precisão (medida pelo poder separador das cores). Seupoder 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, oque permite separar muito bem as cores elementares.

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Ilusão de óptica

� Durante o dia, os olhos movem-se mais de 100.000 vezes parareceberem as ondas de luz que os atingem. Se considerarmos que 80% de todasas 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 olhosreveste-se de grande importância. Faça uma pequena experiência em frente doespelho: quando levanta um dos olhos, o outro automaticamente eleva-setambém, 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); éimpossível a ambos os olhos moverem-se simultaneamente para fora. Paradentro o caso é diferente. Fixe um objeto com ambos os olhos. Quanto maisperto o objeto se encontrar, mais acentuada se torna a convergência. Os olhosconvergem, mas não divergem!

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Os olhos

� O olho humano é constituído pelo globo ocular, que é um aparelho ópticoprovido 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 osraios de luz encontram a córnea e a penetram, são refratados pela primeira vez.Atravessam então a câmara anterior, que contém o humor aquoso, atingindo ocristalino e o humor vítreo. O cristalino converge e então os raios luminososque o atravessam, também. Após ter atravessado o humor vítreo, a luz encontraa retina, que constitui a membrana mais interna das três que formam a parededo globo ocular.

� As verdadeiras células da visão encontram-se na retina, que se transforma nonervo óptico. A imagem que surge nesta membrana é levada, como umimpulso, até ao centro da visão, situado no lobo occipital do cérebro.

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Os olhos

Devido aos 7 milhões de células em cone que se encontram na retina, os olhossão capazes de perceber as cores, ou melhor, os diferentes comprimentos deonda da luz, como sensações heterogêneas.

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Ilusão de óptica

� Na retina são projetadas imagens menores e invertidas dos objetosemissores da luz: o que no objeto está à direita encontra-se à esquerdana imagem projetada na retina, e o que no objeto se localiza na partesuperior encontra-se na imagem na parte inferior:

� Mas por que razão nós vemos o objeto 'direito', se este se encontrainvertido 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 suaposição correta, uma vez que o cérebro inverte novamente a imagem.

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Mantenha, a uma distância de cerca de 40 cm, um plástico transparente diantedos olhos. Por detrás dele, a uma distância de cerca de 50 cm, encontra-se umapalavra escrita. Sucessivamente, pode ver focado, quer o plástico, quer as letrasda palavra. No entanto, nunca pode ver ambos nítida e simultaneamente.

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Experiência

O sistema óptico dos olhos, que funciona de uma forma maravilhosa, acusanumerosas imperfeições. Estas, juntamente com os erros de transmissão que severificam entre os olhos e o cérebro, assim como as falsas interpretaçõestransmitidas por este, explicam a existência de ilusões ópticas.

Nos olhos existe o que é denominado 'ponto cego'. É a zona em que o nervoóptico penetra na retina. Como, neste ponto, a retina não pode ter célulasfotossensíveis, não ocorre aqui qualquer sensação de luz. A mancha cegaapresenta diâmetro de 1,5 a 1,7 mm aproximadamente.

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Experiência

� Feche o olho direito e fixe o ponto da direita com o olho esquerdo auma distância de cerca de 25 cm. O ponto da esquerda torna-seinvisível.

� Para encontrar a distância certa, aproxime lentamente os olhos daimagem. Então, a determinada distância, o ponto desaparece - apenasenquanto a imagem recai precisamente no nervo óptico - surgindodepois com uma maior aproximação.

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Ilusões sensoriais� A ilustração reproduz a espiral de Fraser.

Este desenho já constitui uma ilusão óptica, pois não se trata, de modo algum, de uma espiral, masde uma sucessão de pequenos círculos concêntricos que se vão tornando progressivamentemaiores. O efeito de espiral é provocado pelas linhas mais grossas pretas e em forma de espiral.

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Ilusões sensoriais

Aproxime o desenho de seu rosto, até o nariz tocar a tela, para fechar a ponte.

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Ilusões sensoriais

� As ilusões sensoriais verificam-se quando a percepção não se conjugacom a realidade. As ilusões sensoriais normais são, na estrutura e nomodo de funcionamento dos respectivos órgãos, fundamentadas, domesmo modo que nos processos psicológicos, através de impressõessensoriais associadas apenas a percepções .

� Na maioria das ilusões ópticas não se verificam ilusões reais dossentidos, mas ilusões que surgem da interpretação habitual de umobjeto ¾ uma interpretação que, contudo, não é exata para o caso emquestão e, conseqüentemente, é falsa. Neste caso, a impressão dosentido da visão, isto é, o registro óptico, é inteiramente correta,verificando-se a ilusão apenas no cérebro.

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Contraste

� Se perguntarmos a 100 pessoas o que o conceito "contraste" lhessugere, 82 responderão: "Claro-escuro.“

Contrastes psicológicos � são as influências recíprocas de sensaçõesópticas, quando os estímulos luminosos apresentando intensidades ecores diferentes atuam, simultaneamente ou com um pequeno intervalo,sobre os mesmos pontos da retina.

Assim, uma mancha um pouco mais clara aparece ainda mais clarajunto de zonas mais escuras e vice-versa.

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Contraste

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Ilusões por persistência de imagem

�A influência de um estímulo luminoso na retina provoca umasensação luminosa. Em conseqüência da inércia, decorre umdeterminado intervalo de tempo até a retina ser impressionada. Poroutro lado, a excitação sobrevive ao estimulo provocado durante umbreve período.

� Podemos obter persistências de imagem positivas e nítidas quando denoite apagamos uma lâmpada clara. Na sala escura, a imagem dalâmpada permanece durante algum tempo diante dos olhos.

� Com uma luz clara e durante 30 segundos, olhe para a metadeesquerda da figura. Logo a seguir fixe o lugar marcado (ponto) dametade direita da mesma figura.

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As persistências de imagem podemtambém ser multicoloridas. Com aajuda da figura ao lado, façamos umaexperiência. Para isso fixe durante 30segundos o ponto branco que seencontra no meio da bandeira tricolor.A seguir, olhe para uma superfíciebranca. O que vê?

Ilusões por persistência de imagem

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Obrigado pela

atenção