| Sequência didática |
Astronomia: Sistema Sol, Terra e Lua
Nesta sequência serão abordados fenômenos envolvendo luz e sombras, entre eles discutiremos os eclipses e as fases da Lua.
A BNCC na sala de aula
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Objeto de conhecimento |
Sistema Sol, Terra e Lua |
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Competências específicas de Ciências da
Natureza |
6. Utilizar diferentes linguagens e
tecnologias digitais de informação e comunicação para se comunicar, acessar e
disseminar informações, produzir conhecimentos e resolver problemas das
Ciências da Natureza de forma crítica, significativa, reflexiva e ética. |
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Habilidades |
(EF08CI12) Justificar, por meio da
construção de modelos e da observação da Lua no céu, a ocorrência das fases
da Lua e dos eclipses, com base nas posições relativas entre Sol, Terra e
Lua. (EF08CI13) Representar os movimentos de
rotação e translação da Terra e analisar o papel da inclinação do eixo de
rotação da Terra em relação à sua órbita na ocorrência das estações do ano,
com a utilização de modelos tridimensionais. |
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Objetivos de aprendizagem |
Compreender como a propagação retilínea
da luz associada aos movimentos da Terra e da Lua provocam a existência de
eclipses e das fases da Lua. Compreender os movimentos de rotação e
translação da Terra e os fenômenos observáveis associados. |
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Conteúdos |
Propagação retilínea da luz. Formação de sombras. Eclipses solares e lunares. Fases da Lua. |
Materiais e recursos
Rolo de barbante.
Esferas de isopor com três tamanhos diferentes para representar: Sol, Terra e Lua, sendo uma delas com 20 cm de diâmetro.
Clips para papel que serão usados como ganchos para as esferas.
Lanterna.
Canetas hidrocor coloridas.
Palito de madeira para churrasco.
Simulador das fases da Lua e eclipses, elaborado pelo Instituto de Física da UFRGS. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/~maikida/eclipse.htm>. Acesso em: 14 nov. 2018.
Vídeo da série Espaçonave Terra (Tous sur orbite!), episódio 1, sobre o movimento da Terra em torno do Sol, com destaque para a variação na incidência dos raios solares na superfície terrestre e as estações do ano. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=SE7H19FAv8Q>. Acesso em: 14 nov. 2018.
Aplicativo para aparelho celular com experimentos e medidores de grandezas físicas (optativo).
Desenvolvimento
Quantidade de aulas: 4.
Aula 1: Sombras e suas formações a partir de diferentes tipos de fontes
Preparar a sala com os fios de barbante cruzando em todos os planos da sala. Organizar os alunos em grupos e explicar o que deverão fazer. Cada grupo deve produzir o conjunto com os três corpos celestes a partir das esferas de isopor, pintando-as e fixando um clip de papel em cada uma, como um gancho que possibilite pendurar as esferas nos barbantes distribuídos pela sala.
Organizar os grupos para que cada um posicione o Sol, a Terra e a Lua e, assim, represente os fenômenos indicados a seguir.
Um eclipse solar.
Um eclipse lunar.
Um dia de Lua cheia.
Um dia de Lua nova.
Um dia de Lua quarto crescente.
Um dia de Lua quarto minguante.
Esse é um momento de levantamento dos conhecimentos prévios dos alunos a respeito dos fenômenos: eclipses e fases da Lua; portanto, registrar cada montagem fotografando ou desenhando na lousa. Verificar também se algum aluno gostaria de sugerir alguma alteração em uma das montagens.
Para discutir o comportamento da luz, ligar uma lanterna e identificar o que acontece com a sombra da sua mão ao aproximar ou afastá-la dessa fonte de luz. Pedir aos alunos que construam uma representação que explique essa condição da luz. Espera-se que os alunos pensem em raios que saem da lanterna e são obstruídos pela presença da mão e que façam previsões de proporcionalidade entre tamanho e distância e a expliquem. A ideia é chegar ao princípio de propagação retilínea da luz.
Começar esta etapa perguntando o que tem de diferente entre uma fonte de luz pontual e uma fonte extensa? Os alunos representam as suas hipóteses. Em seguida, para responder a essa pergunta, será feito um experimento, verificando as hipóteses dos alunos.
Usando algumas câmeras de celular, faremos experimentos com fontes pontuais de luz. Um aluno voluntário se posiciona próximo a uma parede. Pedir para que cinco alunos participem usando seus celulares como fonte de luz, colocando-as uma ao lado da outra, bem alinhadas e bem próximas, de maneira que iluminem o aluno posicionado próximo à parede e assim, se obtenha uma sombra desse aluno sobre a parede. Começar acendendo uma fonte de cada vez e testar o que ocorre com a sombra neste caso. Depois, acender todas as fontes ao mesmo tempo. É possível aumentar o número de alunos que se encontra segurando as fontes de luz e verificar o que acontece, se a fonte for bem extensa.
O professor pode passar entre o aluno que está como obstáculo para a luz e assim, com as suas sombras formadas na parede, ajudar os alunos a analisarem se o colega está totalmente iluminado, pouco iluminado ou nada iluminado. Os alunos devem construir os registros sobre a formação das imagens e este pode ser recolhido como um instrumento de verificação da aprendizagem desta aula. Tempo previsto: 15 minutos.
Aula 2: As fases da Lua e eclipses
Começar resgatando o que foi discutido na aula anterior sobre a formação de sombras por fontes pontuais e extensas. Em seguida, perguntar aos alunos quais são as fases da Lua e como elas ocorrem. Registrar as respostas na lousa.
Exibir o vídeo sobre as fases da Lua. Caso não seja possível acessar a internet, simular a incidência da luz refletida pela Lua, usando lanterna ou a luz dos aparelhos celulares dos alunos. A partir do vídeo, ou da simulação, os alunos devem responder, em duplas, as questões a seguir.
1. Quais são as posições do Sol, da Terra e da Lua quando olhamos para o céu e vemos a Lua cheia?
Resposta: Para essa fase, teremos a Terra entre o Sol e a Lua, fazendo que ela apareça totalmente iluminada para quem está na Terra.
2. Quais são as posições do Sol, da Terra e da Lua quando olhamos para o céu e vemos a Lua nova?
Resposta: Para essa fase, teremos a Lua entre o Sol e a Terra, fazendo que ela não apareça iluminada para quem está na Terra.
3. Quais são as posições do Sol, da Terra e da Lua quando olhamos para o céu e vemos a Lua quarto minguante?
Resposta: Para essa fase, teremos a Terra e o Sol em uma direção e a Lua em uma direção oblíqua a eles, fazendo que ela apareça parcialmente iluminada para quem está na Terra. Mas, como a Lua se desloca no sentido da posição de Lua nova, ela fica cada vez menos iluminada.
4. Quais são as posições do Sol, da Terra e da Lua quando olhamos para o céu e vemos a Lua quarto crescente?
Resposta: Para essa fase, teremos a Terra e o Sol em uma direção e a Lua em uma direção oblíqua a eles, fazendo que ela apareça parcialmente iluminada para quem está na Terra. Mas, como a Lua se desloca no sentido da posição de Lua cheia, ela fica cada vez mais iluminada.
5. Por que vemos sempre a mesma face da Lua?
Resposta: O tempo de rotação em torno do seu próprio eixo coincide com o tempo de translação em torno do eixo da Terra, dessa forma, a face voltada para a Terra é sempre a mesma.
Tempo estimado para a atividade: 10 minutos.
Começar esta atividade organizando quartetos e perguntando sobre o porquê de termos eclipses apenas algumas vezes por ano, enquanto temos Luas cheias e Luas Novas todos os meses. Os alunos podem discutir durante 3 a 5 minutos, fazendo registros sobre suas hipóteses de explicação. Em seguida, cada grupo pode apresentar as suas hipóteses. Tempo estimado: 10 minutos.
Simular os eclipses, utilizando o simulador da UFRGS. A partir do que os alunos assistiram no simulador, propor uma discussão sobre as semelhanças entre o que ocorre no simulador, o que ocorreu nos experimentos com sombras em sala de aula e as hipóteses levantadas no experimento.
Propor aos alunos que, em duplas, construam esquemas de representação para os planetas, pintando as áreas iluminadas e as sombras em cada condição dos eclipses: lunar total e parcial e solar, total e parcial. Enquanto os alunos respondem às questões a seguir, intervir orientando os raciocínios e sugerindo interações entre as duplas.
1. Quais são as posições do Sol, da Terra e da Lua no momento em que ocorre um eclipse lunar total?
Resposta: Sol, Terra e Lua, bem alinhados.
2. Quais são as posições do Sol, da Terra e da Lua no momento em que ocorre um eclipse lunar parcial?
Resposta: Sol, Terra e Lua, pouco alinhados, com a Lua na região penumbral da Terra.
3. Quais são as posições do Sol, da Terra e da Lua no momento em que ocorre um eclipse solar total?
Resposta: Sol, Lua e Terra bem alinhados.
4. Quais são as posições do Sol, da Terra e da Lua no momento em que ocorre um eclipse solar parcial?
Resposta: Sol, Lua e Terra alinhados, o observador que estiver na região penumbral verá um eclipse parcial.
5. Explique com suas palavras o porquê de não ocorrem eclipses mensalmente.
Resposta: O plano de translação da Lua em torno da Terra é inclinado em um ângulo de 5° em relação à eclíptica, que é o plano de translação da Terra em torno do Sol.
Tempo estipulado para a atividade com o simulador e responder as questões: 15 minutos.
Organizar na lousa, as representações feitas para cada situação para que todos vejam e analisem os desenhos e debatam para escolherem as melhores representações dos eclipses citados nas questões. Tempo estipulado: 15 minutos.
Aula 3: O movimento da Terra em torno do Sol
Apresentar o tema que será discutido na aula e organizar os alunos em trios ou quartetos para a discussão dos dois primeiros minutos do vídeo sobre o movimento da Terra em torno do Sol ou para executar o experimento da incidência de luz sobre uma esfera, com medição da intensidade da luz em diferentes regiões da esfera. Para a medição da intensidade luminosa, pode-se utilizar um aplicativo gratuito para aparelho celular, os sites de busca indicam vários. Esses aplicativos disponibilizam um sensor que mede a intensidade luminosa e constrói um gráfico dessa grandeza em função do tempo de exposição. É importante fazer alguns testes antes de usá-lo, apenas para reconhecer a posição do sensor no aparelho celular que será utilizado.
Experimento para medir a incidência de luz em uma esfera
1) Atravessar a esfera de isopor com um palito de madeira para espeto de churrasco, de modo que o palito simule o eixo de rotação terrestre.
2) Na superfície de uma esfera de isopor, com diâmetro aproximado de 20 cm, traçar as três linhas que representem os Trópicos de Câncer e de Capricórnio e a linha do Equador, e também um meridiano. Fixar com fita adesiva três aparelhos celulares em três pontos alinhados, do cruzamento entre o meridiano e as linhas geográficas traçadas conforme a Figura 1 a seguir. Outra possibilidade é utilizar apenas um aparelho celular, colocá-lo em uma das posições, realizar as medições e, depois, reposicioná-lo nos outros dois locais para novas medições.
Elaborado pelo autor.
Figura 1: Esquema do posicionamento dos aparelhos celulares na esfera de isopor.
2) Posicionar a lanterna para iluminar a superfície da esfera de isopor e simular o movimento de rotação da Terra para completar uma volta, não esquecendo de inclinar o palito em aproximadamente 23,5° em relação à direção vertical, como ocorre com o eixo de rotação da Terra. É importante que os hemisférios se alternem quanto a exposição à luz. Os alunos podem comparar as medidas em cada posição da esfera e analisar como a intensidade da luz varia para cada posição durante o ano.
1. Quais são as posições do Sol e da Terra no momento em que é verão no hemisfério norte?
Resposta: O aluno pode representar o Sol e a Terra com o eixo de rotação inclinado em direção ao Sol. Dessa forma, a maior incidência solar ocorrerá no hemisfério norte.
2. Quais são as posições do Sol, da Terra no momento em que é verão no hemisfério sul?
Resposta: O aluno pode representar o Sol e a Terra com o eixo de rotação inclinado na direção contrária ao Sol. Dessa forma a maior incidência solar ocorrerá no hemisfério sul.
3. O equinócio de primavera no hemisfério norte ocorre ao mesmo tempo no hemisfério sul? Por quê?
Reposta: O equinócio de primavera para um hemisfério Norte corresponde ao equinócio de outono no hemisfério sul.
4. No dia do solstício de verão no hemisfério sul, os raios de luz incidem perpendicularmente a qual dos paralelos terrestres?
Resposta: O Sol incide perpendicularmente ao trópico de Capricórnio.
Aula 4: Socialização dos esquemas que explicam as fases da lua e os diferentes tipos de eclipse
Organizar os alunos em grupos e distribuir temas para a construção de cartazes com esquemas e explicações sobre as fases da Lua e os diferentes tipos de eclipses.
Essa é uma aula importante para apoio dos alunos que tiveram maiores dificuldades em entender o que foi discutido até o momento e para socializar bons esquemas representativos e suas explicações. Os temas dos cartazes são:
eclipse solar;
eclipse lunar;
plano da órbita da Lua em torno da terra e o porquê vemos sempre a mesma face da Lua;
representação do eixo de inclinação da Terra durante o ano e a diferença de luminosidade de acordo com o ângulo;
estações do ano;
o que são as linhas do equador, trópico de Câncer e Capricórnio do ponto de vista astronômico e os círculos polares.
Para a consulta dos alunos:
Cosmos-Eclipses e Auroras (TV Escola). Disponível em: <https://youtu.be/lFulM1T7jvk?t=239>. Acesso em: 3 nov. 2018.
Simulador de eclipses. IF-UFRGS. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/~maikida/eclipse.htm>. Acesso em: 30 out. 2018.
Órbita da Terra em torno do Sol, com localização de Vênus. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=_o4VdLAEMEc>. Acesso em: 30 out. 2018.
Insolação. Texto com bons esquemas sobre insolação. In: IF-UFRGS. Disponível em: <http://astro.if.ufrgs.br/estacoes/estacoes.htm>. Acesso em: 30 out. 2018.
Avaliação
As atividades investigativas e experimentais, levantamento de ideias, o trabalho em trios ou quartetos e a discussão com toda a turma devem ser avaliadas. Para isso, sugerimos a ficha a seguir.
Nome do(a) aluno(a): __________________________________________________________________ | ||
1. Participou das discussões e do trabalho em trio ou quarteto de maneira ativa e com desenvoltura? | ( ) Sim. | ( ) Não. |
2. Inferiu o tema/assunto de forma que entendesse o texto? | ( ) Sim. | ( ) Não. |
3. Inferiu informações necessárias para acompanhar e entender os experimentos e as simulações? | ( ) Sim. | ( ) Não. |
4. Levantou hipóteses tanto nas prévias das atividades quanto nas atividades e nas discussões sobre as atividades? | ( ) Sim. | ( ) Não. |
5. Conseguiu identificar algumas características do fenômeno e compartilhou com clareza as suas ideias? | ( ) Sim. | ( ) Não. |
6. Identificou e utilizou adequadamente as representações gráficas para compartilhar as suas ideias e modelos sobre o comportamento da luz? | ( ) Sim. | ( ) Não. |
Propor também aos alunos algumas questões relacionadas à luz, como as sugeridas a seguir.
1. Em qual fase da Lua pode ocorrer um eclipse solar?
Resposta: O eclipse solar ocorre quando a Lua está na fase nova.
2. Em qual fase da Lua pode ocorrer um eclipse lunar?
Resposta: O eclipse lunar ocorre quando a Lua está na fase cheia.
3. Por que não ocorrem eclipses em todos os ciclos lunares?
Resposta: O fato da órbita da Lua não ser coplanar com a eclíptica.
Fonte: PNLD