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(km/s) 47,89 35,03 29,79 24,13 13,06 9,64 6,81 5,43 Inclinação orbital (graus) 7 3,39 0 1,85 1,3 2,49 0,77 1,77 Período orbital (duração do ano) / (a = ano terrestre; d = dia terrestre) 87,97 d 224,7 d 365,26 d 1,88 a 11,86 a 29,46 a 84,01a 164,79 a * = rotação retrógrada 140 EXPLICANDO ASTRONOMIA BÁSICA COM UMA BOLA DE ISOPOR João Batista Garcia Canalle (Uerj). Trabalho publicado no Caderno Catarinense de Ensino de Física, vol. 16, no 3, p. 314 – 331, 1999. Apresentação Neste trabalho mostramos como usar uma bola de isopor para explicar os fenômenos astronômicos básicos, tais como: 1) dia e noite, 2) duração do dia e da noite, 3) estações do ano, 4) eclipses e 5) fases da Lua. Estes fenômenos, normalmente, são explica- dos nos livros didáticos de ciências e ou geografia do Ensino Fundamental, porém raramente sugerem o uso de algum material didático. Mostramos, então, que uma simples bola de isopor tem muito mais utilidades didáticas do que as figuras que acompa- nham as explicações dos livros didáticos. Com as atividades aqui propostas, usando sempre a participação ativa dos alunos, materiais de baixo custo e disponíveis com faci- lidade no comércio, oferecemos aos professores uma alternativa para ensinar os conceitos básicos de astronomia de uma forma mais realista, correta e motivadora para o aluno. Objetivos Propor atividades simples que auxiliam na tarefa de explicar os seguintes fenômenos astronômicos: 1. surgimento do dia e noite; 2. visualização da duração da parte diurna e noturna do dia em fun- ção da latitude; devido à inclinação do eixo de rotação da Terra em relação à perpendicular ao seu plano orbital; 3. demonstração sobre como ocorrem as estações do ano; 4. ilustrar a ocorrência dos eclipses solares e lunares; e 5. explicar o surgimento das fases da Lua. ATIVIDADES 141141 Sugestão de problematização Temos várias propostas de problematização nesta atividade. Na atividade sobre o dia e a noite e sua duração, em função da faixa etária na qual ela for usada, pode-se pedir aos alunos que expo- nham como explicam a alternância entre os períodos diurnos e no- turnos e se acertarem, então vem o desafio seguinte: mas por que há períodos em que os “dias” são mais curtos do que as “noites”? Claro que antes pode ser perguntado se já perceberam esta dife- rença. Dependendo da latitude do lugar, por exemplo, locais mais ao sul ou sudeste do Brasil as estações do ano são bem distintas. Neste caso o primeiro passo é ouvir quais explicações os alunos possuem para este fenômeno. Ouvir as explicações “intuitivas, es- pontâneas ou populares” sempre é muito importante, pois deve-se então questionar sobre a correção das mesmas e gradativamente introduzir a versão correta. Quanto aos eclipses lunares pode-se perguntar por quem já observou um, se a Lua desaparece mesmo, qual a explicação que os alunos fornecem para o fenômeno, além de questioná-los sobre o por quê de não ocorrer um eclipse lunar e outro solar todo mês. Por fim, um fenômeno observável toda noite (e dia), mas de não tão trivial compreensão, ou seja, as fases da lua. Pode-se perguntar quantas fases tem a Lua, qual a duração delas, como explicam este fenômeno, observável toda noite. Materiais 1 bola de isopor de 20 ou 25 cm de diâmetro 1 lâmpada de 60 watts 3 m de fio paralelo branco de 0,5 mm de diâmetro 1 soquete 1 plugue macho 1 quadrado de madeira de 10 cm x 10 cm x 2 cm (ou similar) 1 parafuso para fixar o soquete ao quadrado de madeira 1 chave de fenda 1 rolo de fita isolante pequeno 142 1 vareta de solda 1 estilete ou tesoura 1 cartolina preta 1 pedaço de papel alumínio de 5 cm x 5 cm Procedimentos Atividade 1 – Estações do Ano Este fenômeno, geralmente explicado em livros tanto de ciências como de geografia do Ensino Fundamental, é fonte de muitas incompreensões e erros (CANALLE et al., 1997, TREVISAN et al., 1997 e BIZZO et al., 1996). O erro mais grave é explicá-lo como sendo devido às variações da distância da Terra ao Sol (no verão a Terra fica mais próxima do Sol e no inverno mais longe). Como é muito comum encontrar nos livros didáticos, alguns estão listados nas referências de Canalle et al., 1997. Esquecem, contudo, aqueles que assim concluem, que esta não deve ser a explicação, porque enquanto é verão num hemisfério é inverno no outro e ambos pertencem ao mesmo planeta, por- tanto, ambos estão à mesma distância do Sol. Outras explicações são incorretas e induzem a erros, como, por exemplo, a afirmativa de que “as estações do ano ocorrem devido à órbita elíptica da Terra”. Como a órbita à qual é feita a refe- rência, geralmente, é exageradamente elíptica, fica a associação automática: verão/inverno = Terra mais/menos próxima do Sol. Outra explicação incompleta é a seguinte: “as estações ocorrem devido à inclinação do eixo da Terra e de seu movimento de trans- lação”. Apesar de não estar errada a frase, é incompreensível para o aluno, além de não especificar que a inclinação do eixo de rota- ção da Terra é em relação à perpendicular ao plano da órbita. Contudo, existem livros didáticos que esclarecem, corretamente, que as estações do ano não são devidas à maior/menor distância 143143 Figura 2.26. Típica figura encontrada em livros didáticos para ilustrar a explicação das estações do ano. Su el i Pr at es ( A EB /P ro g ra m a A EB E sc o la ). da Terra ao Sol, mas, infelizmente, “ilustram” estas explicações com desenhos nos quais a órbita da Terra é exageradamente excêntrica (“achatada”), o que induz à conclusão de que verão/ inverno estão relacionados com a menor/maior distância da Terra ao Sol. E como as figuras se fixam mais do que as palavras es- critas, o aluno fica com a “explicação” errada. Uma típica imagem usada pelos livros didáticos para auxiliar a explicação das estações do ano é mostrada na Figura 2.26. Neste tipo de figura, fica muito difícil o aluno ver que ocorre diferença de iluminação nos dois hemisférios da Terra durante parte de sua trajetória e, também, não fica evidente a importância da constância da inclinação do eixo de rotação da Terra para a ocorrência das estações do ano. Como característica geral, nos livros didáticos inexistem sugestões de demonstrações práticas para este fenômeno, com raras exceções, como, por exemplo, no livro de Beltrame et al., 1996, cujo procedi- mento não funciona, como explica Canalle et al., 1997. Diante deste quadro caótico de explicações erradas ou de indu- ções a erros, por que não usar um simples experimento, tal qual uma bola de isopor e uma lâmpada para explicar os fenômenos? 144 É o que sugerimos a seguir. A lâmpada Sugerimos usar uma lâmpada de 60 W (127 V ou 220 V, depen- dendo de onde ela vai ser usada), conectada a um soquete fixo a uma madeira de, por exemplo, 10 cm x 10 cm x 2 cm, com um fio paralelo (no 14) com cerca de 3 m de comprimento. Sobre a lâmpada deve-se colocar um disco de papel alumínio (um “gorro”) com cerca de 5 cm de diâmetro, cuja finalida- de será apenas a de evitar que a lâmpada ofusque aqueles que estiverem à sua volta. Veja um esquema na Figura 2.27. A bola de isopor Sugerimos usar uma bola de isopor* com 20 cm ou 25 cm de diâmetro, atravessada por um eixo que pode ser uma vareta de pipa, vareta de churrasco, vareta de bambu, ou algo similar e que sirva a este propósito. *Na verdade, isopor é o nome de um dos fabricantes. O nome correto é poliestireno expandido. 1. 2. Figura 2.27. Esquema da montagem da lâmpada no suporte de madeira. Jo ão B at is ta G ar ci a C an al le ( U er j) . 145145 O ambiente Para a realização desta atividade