Concurso “Ciência na Escola” Ano lectivo 2009-2010 Escola Secundária Padre Benjamin Salgado
Idealizado por alunos do 8ºD e construído por alunos do 7ºA com a colaboração dos alunos do 7ºB
http://www.esec-joane.rcts.pt/
Construir arte com base nos conhecimentos de Física; Aplicar o método científico para criar arte, partindo do problema até chegar ao resultado final; Compreender a física do quotidiano;
O fenómeno de dispersão da luz consiste na decomposição da luz branca (luz visível) nas diferentes radiações que a compõem (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, indigo e violeta) (figura 1 e 2). Esta decomposição ocorre quando a luz atravessa meios ideais a este fenómeno, isto é a luz sofre inicialmente refracção e seguidamente reflexão.. “O arco íris” ou espectro contínuo da luz branca demonstra bem este facto, cada uma dessas radiação apresenta um comprimento de onda, por exemplo o vermelho apresenta grande comprimento de onda, enquanto que o do violeta é mais pequeno..
Gota de água
Espectro contínuo da luz branca
Figura 1 e 2 : exemplo de meios para provocar a dispersão da luz branca
A luz vinda do Sol não é só constituída por luz branca, mas é composta por uma gama de radiações que vão das ondas rádio, menos energéticas, aos raios gama mais energéticas. Todas estas radiações constituem aquilo que se chama de espectro electromagnético da luz solar (figura 3). Assim a luz visível é a parte visível pelo olho humano, radiação infravermelha é emitida por qualquer corpo, as cobras são sensíveis a este tipo de radiação. A radiação ultravioleta é aquela que tanto se ouve falar e que é nociva para os seres vivos. Os raios X, são radiações usadas nas radiografias. As onda rádio e as microondas podem ser usadas nas telecomunicações ou mesmo em comunicações via rádio.
Ondas rádio
UV
Microondas I V
Raios X
LUZ VISÍVEL
Raios gama
Comprimento de onda aumenta
Frequência aumenta Figura 3: Espectro electromagnético da luz solar.
Fomentar o trabalho de grupo e cooperativo.
COMO RECORRENDO À FÍSICA É POSSÍVEL CONSTRUIR ARTE, ESCULPINDO A FÍSICA?
Levantamento de ideias em grupo para dar resposta à questão colocada; Esboço das ideias; Discussão e análise das ideias com o professor para verificar a viabilidade da ideia; Recolha do material necessário à construção da estátua; Construção da estátua.
Concurso “Ciência na Escola” Ano lectivo 2009-2010 Escola Secundária Padre Benjamin Salgado
Actividade e trabalhos elaborados pela turma do 7ºA
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Hoje em dia prevalece a ideia de que o Sistema Solar se tenha formado ao mesmo tempo que o Sol e portanto surgiu a partir dos constituintes de uma nebulosa (poeiras e gás) (figura 1), há aproximadamente 150 milhões de anos.
LA RUE DES ÉTOILE Allo là, je suis dans le bus Le 41 pour Vénus, Celui qui va jusqu'à mercure
Á medida que a nebulosa sofre colapso gravitacional, esta adquire a forma de um disco, no centro a proto-estrela que começa a adquirir brilho e a aquecer. Os componentes mais voláteis afastam-se do centro para a periferia do disco proto-estrelar, daí a formação dos planetas gasosos mais afastados da estrela.
J'ai pas pris la ligne vingt et une Y avait trop de monde sur la lune Il fallait descendre à l'azure Et toi où es-tu dans l'espace Attends je n'entends plus je passe Dans un tunnel d'astéroïdes Tu disais avant le trou noir Que tu n'irais pas voir ce soir Ta sœur et son mari droïd
Os grãos de poeiras, por acção da gravidade e do movimento de rotação do disco unem-se para formar os planetesimais
On pourrait se rejoindre J'ai des rêves à te peindre
Figura 1: fases de evolução do sistema solar (em, planetmars.sites.uol.com.br/orige m/origem.htm)
Retrouve moi Rue des étoiles La deuxième après Jupiter Je connais un endroit pas mal D'où l'on peut voir tout l'Univers
Por sua vez os planetesimais colidem entre si e formam os planetas, uns mais pequenos, outros maiores, uns rochosos e outros gasosos.
Quando a estrela estabiliza, liberta a matéria em excesso, arrastando para a zona mais externa todo o material que deu origem ao sistema planetário, e formou-se assim o Sistema Solar (figura 2), constituído por
Retrouve moi Rue des étoiles La deuxième après Jupiter Je connais un endroit pas mal D'où l'on peut voir tout l'Univers
8 planetas e muitos outros corpos celestes.
Retrouve moi Rue des étoiles Pas loin du Boulevard de l'éther A bord de mon vaisseau spatial Je sais on n'ira pas sur mars Car c'est là qu'habite la garce On se rappellera la mer qui t'a volé ton ancien mec Toi et moi Mais oublie tes nuits sans sommeil Toi et moi... de l'infinie jusqu'au soleil Je t'apprendrai à vivre avec On se baladera sur Neptune Ces deux planètes après Saturne Et tellement d'autre chose L'envie en overdose Il faudra suivre les comètes. On apercevra Uranus Aussi pluton le terminus Là où la galaxie s'arrête
Mais... Retrouve moi Rue des étoiles La deuxième après Jupiter Je connais un endroit pas mal D'où l'on peut voir tout l'univers Retrouve moi Rue des étoiles Pas loin du Boulevard de l'éther A bord de mon vaisseau spatial on se rappellera la Terre Toi et moi... La terre (Grégoire)
Figura 2: sistema solar (em, nautilus.fis.uc.pt/.../viag/sistema_ solar.html)
O Sistema Solar é constituído por duas cinturas de asteróides, uma interna (Cintura de Asteróides) e uma mais externa da qual fazem parte pequenos planetas ou planetóides como Plutão (Cintura de Kuiper), é ainda envolto pela Nuvem de Oort de onde provêm os cometas. Asteróides e Cometas são restos de planetóides são então objectos primitivos do Sistema Solar.
Concurso “Ciência na Escola” Ano lectivo 2009-2010
Elaborado por: Cátia Azevedo e Joana Oliveira do 7ºA com a colaboração dos alunos do 7ºB
Escola Secundária Padre Benjamin Salgado http://www.esec-joane.rcts.pt/
Construir arte com base nos conhecimentos de Física; Aplicar o método científico para criar arte, partindo do problema até chegar ao resultado final; Compreender a física do quotidiano;
A luz propaga-se em todos os meios, no entanto à medida que vai atravessando
Fomentar o trabalho de grupo e cooperativo.
COMO RECORRENDO À FÍSICA É POSSÍVEL CONSTRUIR ARTE, ESCULPINDO A FÍSICA?
esses meios a sua velocidade de propagação sofre alterações. Surge assim o fenómeno de refracção: desvio dos raios incidentes à medida que a luz vai atravessando meios de diferente refringência. O ângulo de incidência ( î ) é diferente do ângulo de refracção ( r ) (figura 1). Vidro Ar
Ar r
î
Figura 1: Exemplo de refracção da luz
O fenómeno de refracção ocorre em algumas situações do dia-a-dia, por exemplo na fibra óptica material inventado pelo físico Narinder Singh Kapany. Esta é constituída por dois tipos de materiais poliméricos ou mesmo por dois tipos de vidro diferentes. A refracção da luz dentro da fibra é n2
Casca (n2<n1)
n1 Luz Núcleo (n1>n2)
revestimento (casca) e o núcleo, sendo que o núcleo possui sempre
Figura 2: Corte longitudinal de uma fibra óptica e relação entre os índices de refracção.
um índice de refracção mais elevado
(adaptado de Gil V., et al, 2009)
que o revestimento (figura 2).
A célula fotoeléctrica (figura 3) é uma aplicação prática do efeito fotoeléctrico, descoberto em 1887 pelo físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) e explicado em 1905 por Albert Einstein (1879-1955). Quando a luz incide sobre certas substâncias, provoca movimento de electrões de uns átomos para outros, formam uma corrente que pode ser armazenada. A célula fotovoltaica que transforma a luz (natural ou artificial) directamente em corrente eléctrica, é composta geralmente por uma placa de ferro coberta por uma camada de selénico e uma película transparente de ouro. A luz atravessa a película, incide sobre o selénio e transfere electrões, que são atraídos pelo ouro, um óptimo condutor de corrente eléctrica. A película de ouro é ligada à placa de ferro, que recebe os electrões e os devolve ao selénio, fechando o circulo e formando uma corrente contínua (como a das pilhas comuns), de pequena intensidade. Este tipo de energia é comum em satélites de comunicação, só não é utilizado em larga escala devido ao seu baixo rendimento, servindo apenas para projectos experimentais e alguns tipos de relógios, calculadoras e objectos experimentais (Figura 4). (em, superinteressante, 1988)
Discussão e análise das ideias com o professor para verificar a viabilidade da ideia;
Construção da estátua.
r
índice de refracção entre o
Esboço das ideias;
Recolha do material necessário à construção da estátua;
î
possível graças a uma diferença de
Levantamento de ideias em grupo para dar resposta à questão colocada;
Figura 3 e 4: célula fotoeléctrica e carrinho fotoeléctrico (em, Buchele A., 2007)
Concurso “Ciência na Escola” Ano lectivo 2009-2010 Escola Secundária Padre Benjamin Salgado
Elaborado por: Cláudia Alves e Helena Silva do 7ºA com a colaboração dos alunos do 7ºB
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Construir arte com base nos conhecimentos de Física; Aplicar o método científico para criar arte, partindo do problema até chegar ao resultado final; Compreender a física do quotidiano; Fomentar o trabalho de grupo e cooperativo.
“A GRAVIDADE Seria grave se não existisse a gravidade e se tudo flutuasse sem peso e em liberdade, Desde a maçã de Newton até ao jantar do abade. Quando entre dois objectos deixa de haver atracção é como se o mundo deixasse de ter coração, Sem para tal haver razão” (em, Letria J. J., Corpos Celestes)
Levantamento de ideias em grupo para dar resposta à questão colocada; Esboço das ideias; Discussão e análise das ideias com o professor para verificar a viabilidade da ideia; Recolha do material necessário à construção da estátua; Construção da estátua.
• É uma grandeza vectorial • É medido com um dinamómetro • A Unidade S.I. é o Newton [N]
MASSA - m
• Depende da gravidade (aceleração da gravidade ) (g) do planeta (quanto maior, maior é o peso) • Depende da massa do corpo
• É uma grandeza escalar
• Varia com a altitude (quanto maior
• É medida com uma balança
menor é o peso do corpo) • varia com a latitude (quanto maior, maior é o peso)
• A Unidade S.I. é o Kilograma [kg] • É uma grandeza constante, apenas varia se houver ganho ou perda de matéria
PESO -P
Concurso “Ciência na Escola” Ano lectivo 2009-2010
Elaborado por: Hugo Pimenta e Luís Silva do 7ºA com a colaboração dos alunos do 7ºB
Escola Secundária Padre Benjamin Salgado http://www.esec-joane.rcts.pt/
Construir arte com base nos conhecimentos de Física; Aplicar o método científico para criar arte, partindo do problema até chegar ao resultado final; Compreender a física do quotidiano;
MOVIMENTO / REPOUSO
Fomentar o trabalho de grupo e cooperativo.
Apenas se pode falar em movimento ou em repouso relativamente a um ponto tomado como referência (referencial), assim: um corpo está em repouso se a sua posição não sofrer variação, ao longo do tempo, relativamente ao referencial considerado; Um corpo está em movimento quando a sua posição muda, ao longo do tempo, relativamente ao referencial escolhido.
COMO RECORRENDO À FÍSICA É POSSÍVEL CONSTRUIR ARTE, ESCULPINDO A FÍSICA?
Levantamento de ideias em grupo para dar resposta à questão colocada; Esboço das ideias;
POSIÇÃO (X - [m]): identificada pelas coordenadas relativamente
Discussão e análise das ideias com o professor para verificar a viabilidade da ideia;
ao referencial escolhido
Recolha do material necessário à construção da estátua;
Quando um corpo está em movimento, a sua posição vai
Construção da estátua.
variando relativamente ao referencial. O corpo vai ocupando, ao longo do tempo, várias posições que descrevem uma linha imaginária, a TRAJECTÓRIA. Y/ [m]
X=0m
X=1m
X=2m
X=5mX/ [m]
X=3m
Y/ [m]
X=2m Y=1,5m
X=1m Y=1m
X=3,5m Y=1m
X=5m Y=0m
X/ [m]
X=0m Y=0m
A velocidade manteve-se constante v
v/[m/s] 30
= 10 m/s
25
A aceleração é nula:
20 15 10 5 0
t/[s] 0
1
2
3
O movimento é
6
A velocidade diminuiu uniformemente de 30 m/s para 0 m/s
A velocidade aumentou uniformemente de 10 m/s para
A aceleração é constante e o vector tem o sentido contrário ao vector velocidade:
30 m/s A aceleração é constante e o vector tem o sentido do vector velocidade:
O movimento é O movimento é
A corrente eléctrica resulta do movimento orientado de electrões ao longo de um condutor num circuito fechado. Para se obter corrente eléctrica podem-se usar geradores eléctricos, pilhas (geradores electroquímicos) ou pode-se recorrer a geradores electromagnéticos (figura 1) como os dínamos. Os dínamos são constituídos por bobinas que giram no interior de ímanes fixos, este facto provoca uma corrente induzida, o comutador assegura a corrente contínua no circuito externo (Figura 2)
Figura 1: Dínamo de bicicleta
Figura 2: Esquema de um dínamo
Concurso “Ciência na Escola” Ano lectivo 2009-2010 Escola Secundária Padre Benjamin Salgado
Actividade desenvolvida pela turma do 7ºB
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Estudar algumas das características das ondas sonoras (período e frequência); Criar instrumentos musicais recorrendo a garrafas de vidro e a copos de vidro com quantidades diferentes de água; Tocar a musica da canção “O balão do João”.
O som resulta da vibração dos materiais, ou da vibração das partículas constituintes dos materiais. É necessário um meio material para a sua
COMO PRODUZIR SONS MUSICAIS A PARTIR DE GARRAFAS DE VIDRO?
propagação, isto é o som propaga-se nos sólidos, nos líquidos e nos gases (é necessário a existência de átomos). O som não se propaga no vazio, uma vez que não existe átomos e não há vibração.
Adicionar às garrafas de vidro e aos copos (gobelés) as quantidades de água indicadas na tabela que se segue:
O som propaga-se sob a forma de uma onda longitudinal (figura 1). O movimento desta onda é de “vai e vem” e é uma onda mecânica (pois necessita de um meio material para se propagar e/ou formar).
Zona de compressão
Figura 1: imagem de uma onda longitudinal (em, http://www.arikah.net/encicl opedia-portuguese/Onda )
Zona de rarefacção
Altura
λ Comprimento de onda (distância entre
dois pontos na mesma fase de vibração.
λ Tempo
T – Período, tempo de um ciclo completo de onda (entre duas passagens consecutivas do mesmo estado de vibração) em segundos [s]
λ Ventre de onda
período de tempo, a unidade do sistema internacional (S.I.) é o Hertz [Hz]; ou 1 T
Para além desta característica das ondas sonoras. Existem características do som, tais como a altura que permite distinguir se um som alto (agudo ou fino), ou baixo (grave ou grosso). Esta característica está directamente relacionada com o número de vibrações efectuadas por unidade de tempo, ou seja com a frequência de onda (f); a intensidade que permite distinguir se um som é forte ou fraco; ou seja se a amplitude (A) da onda for pequena a intensidade é menor, se for grande a intensidade é maior. A intensidade do som pode ser aumentada recorrendo a caixas-de-ressonância (caixas de ar de tamanho variáveis, como as caixas dos violinos ou violas) e ainda o timbre característica própria de cada instrumento que permite distinguir cada instrumento musical ou cada som.
Cada nota musical corresponde a uma única vibração do ar. Sendo assim, a cada nota está associada uma frequência (figura 2). As notas podem combinar-se formando harmonia quando tocadas em simultâneo ou criando uma melodia quando combinadas com outros factores
≈ 494Hz
≈ 393 Hz
≈ 349,2 Hz
≈ 393,6 Hz
≈ 261 Hz
≈ 293,6 Hz
sequência sonora, a musica.
≈ 440Hz
como o timbre dos diferentes instrumentos musicais podendo criar uma
Figura 2: Notas musicais e respectivas frequências aproximadas (em, http://www.apm.pt/pic/_notas_42c3fbe7 64bbc.jpg)
Ré 2 1,5 1 0,5 0 0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
-1 -1,5
Dó 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5
0
0,005
0,01
0,015
0,02
1
A
0,0
Dó
≈ 250
2
B
45
Ré
≈285
3
C
80
Mi
≈333
4
D
98
Fá
≈350
5
E
130
Sol
≈ 400
seguir é só seguir as instruções do programa, pois já está tudo pronto para poderes trabalhar; Produz um som soprando na garrafa e depois faz um outro ensaio produzindo som batendo na garrafa. Quando clicares em START para recolher os dados o gráfico que surge deve ser semelhante ao da figura 1. ( vai tentando até conseguires o melhor). Usando as teclas do curso (para cima e para baixo) regista os valores do tempo em dois pontos
período.
onda, sendo o número de vezes que se repete um ciclo durante um determinado
0
[HZ]
equidistantes relativamente ao eixo dos YY, subtrai esses valores e terás o tempo de um ciclo, ou
Analisando o esquema de onda anterior é possível determinar a frequência da
-0,5
Musical
GARRAFA
Liga a máquina ao CBL2, clica na máquina em APPS e selecciona o programa Easy Data. A
Amplitude da onda e/ou altura da onda, vibração máxima
A A
f=
ÁGUA [CM3]
GRUPO
está calibrado). Segue as seguintes instruções:
λ
seja:
FREQUÊNCIA
DE
Para este trabalho experimental vais usar a calculadora gráfica, o microfone e o CBL2 (o microfone já
Crista de onda
A
Nota
VOLUME
0,025
0,03
0,035
0,03
0,035
Concurso “Ciência na Escola” Ano lectivo 2009-2010 Escola Secundária Padre Benjamin Salgado
Trabalhos elaborados por alunos do clube das artes em colaboração com a Professora Dores Xavier
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"O mundo que nos cerca é caótico mas podemos tentar limitá-lo no computador. A geometria fractal é uma imagem muito versátil que nos ajuda a lidar com os fenómenos caóticos e imprevisíveis."
(Benoît
Mandelbrot)
“A imaginação é mais importante que a ciência, porque a ciência é limitada, ao passo que a imaginação abrange o mundo inteiro.”
(Albert Einstein)
“Tudo que está no plano da realidade já foi sonho um dia.”(Leonardo da vinci)
“Pequenas alterações em qualquer sistema dinâmico, como a atmosfera, que bem conhecia, podem desencadear grandes transformações, mesmo a muitos milhares de quilómetros de distância. “ (Edward Lorenz, Teoria do Caos)