física - Óptica - ensino de Óptica através da contrução de telescópios

8/14/2019 Fsica - ptica - Ensino de ptica atravs da Contruo de Telescpios

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X V I S I M P S I O N A C I O N A L D E EN S I N O D E F S I C A 1

O ENSINO DE PTICA ATRAVS DA CONSTRUO DE TELESCPIOS

A.B. Netoa([email protected])A.A.C. Cristfaloa([email protected])

M.A. Pinheiroa([email protected])T.O. Bernardesa([email protected])

V.F. Pennaa ([email protected])L.J.Andreatto ([email protected])R.M.F. Scalvia([email protected])

a Departamento de Fsica Faculdade de Cincias CP 473, CEP 17033-360, Unesp Bauru- SP

RESUMO

O objetivo principal deste trabalho a aplicao de conceitos bsicos de Fsica,

relacionados ptica, atravs da construo de cinco telescpios refletores pelos alunosde graduao de Licenciatura em Fsica, e sua posterior aplicao e utilizao pelosalunos de Ensino Mdio e Fundamental das escolas pblicas do municpio de Bauru.Visamos estimular e preparar o aluno de graduao, a discutir questes fundamentais

junto aos alunos do ensino mdio e fundamental, despertando neles o interesse pelosfenmenos fsicos. O trabalho de construo dos telescpios segue as seguintes etapas:i) esmerilhamento dos blocos de vidros a fim de obter a curvatura necessria paraobteno dos espelhos, ii) polimento dos blocos de vidros, correo e parabolizao dosespelhos, iii) deposio da camada refletora sobre o vidro, iv) construo do tripequatorial e corpo do telescpio, v) confeco do espelho secundrio e vi) alinhamento

da ptica do aparelho. Quatro telescpios so do tipo Newtoniano e possuem razesfocais F/D = 5, F/D = 6, F/D = 6,5 e F/D = 8. Um nico telescpio do tipo Cassegrain,cuja construo mais difcil em comparao ao Newtoniano. Com os aparelhosconstrudos ser possvel a abordagem da fotografia lunar e planetria de alta resoluo.Tambm com o desenvolvimento deste trabalho foi criado um grupo de estudos emastronomia a fim de discutir assuntos relacionados ao tema e criar material de apoiodidtico, como vdeos, slides e cdroms, que sero utilizados pelos alunos do curso deLicenciatura em Fsica da Unesp, no atendimento aos alunos do Ensino Mdio eFundamental. Os temas abordados pelo grupo so: i) Histria e Ensino de astronomia noBrasil, ii) Astronomia de posio, iii) Instrumentos iv) Sistema Solar, v) Estrelas egalxias e vi) Cosmologia.

PALAVRAS CHAVES: ENSINO, ASTRONOMIA, TELESCPIOS

INTRODUO

O estudo dos astros constitui, talvez, a mais antiga atividade cientfica do homem.Especificamente, no Brasil, a histria da astronomia remonta a algum tempo antes da chegada doscolonizadores ao pas [1,2]. Os ndios que aqui habitavam j carregavam consigo uma ampla cargade contedos astronmicos que eram ensinados de gerao em gerao [3]. Alm disso, pesquisasna rea de arqueoastronomia brasileira estudam a viabilidade de que inscries encontradas nas


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rochas em stios arqueolgicos tragam informaes sobre o conhecimento astronmico das pessoasque viviam entre 7000 e 4000 anos atrs, na regio Nordeste do Brasil [4].

O telescpio, embora existam controvrsias, tem pelo menos 400 anos de histria, e nela muitocolaborou para o desenvolvimento tecnolgico da humanidade [5]. Os rdios- telescpios,instrumentos hoje largamente empregados para estudos e pesquisa sobre formao de estrelas egalxias, e mais recentemente para a investigao sobre a origem do universo, embora apliquem

princpios de radiofreqncia orientam-se no passado de seus predecessores, os telescpios pticos. possvel dizer que a astronomia talvez seja a nica cincia em que amadores contribuemsignificativamente com dados e informaes para a comunidade cientfica profissional. Muitosforam os campos das contribuies de astrnomos amadores, tais como descobertas de novoscometas, estrelas novas e supernovas, estudo e descoberta de asterides, monitoramento de estrelasvariveis, registro de manchas solares, ou o estudo de atmosferas planetrias [4].

Dentro deste contexto, verifica-se que a astronomia uma das reas que mais atrai a ateno edesperta curiosidade dos alunos, desde os primeiros anos escolares at sua formao nos cursos degraduao, abrangendo todas as reas e, principalmente, do curso de Fsica. Dessa forma, o ensinode astronomia nas escolas de ensino fundamental e mdio tem sido objeto de diversas pesquisas narea de educao em cincia [4]. As pesquisas mostram que no ensino dessa cincia encontram-se

diversos problemas que necessitam ser estudados visando, principalmente, a melhoria da qualidadedos docentes que o ministram, nas escolas de ensino fundamental e mdio.

Estudos mostram que as principais causas dos problemas causados no ensino de astronomia so[4]: (i) dificuldades cognitivas deste tema e de outros relacionados, tais como ptica, luz ougeometria; (ii) ausncia de evidncias claras e perceptveis que provem o movimento terrestre; (iii)metodologia de ensino, geralmente caracterizada pelo excesso de leitura e interpretao de textos e,por falta de observaes diretas do cu, nem sempre estimulados pelos livros didticos ou pelosprofessores; (iv) deficiente formao dos docentes no campo da Astronomia, tanto do ponto de vistaterico como prtico; (v) tipo de vida cada vez mais urbano, que no facilita as observaes do cunoturno, devido poluio luminosa, ou seja, a luz excessiva que ofusca o brilho dos corposcelestes.

Diante dessa realidade, este trabalho pretende proporcionar aos alunos do curso de Licenciaturaem Fsica, conhecimento prtico e terico na rea de observaes astronmicas atravs daconstruo e instalao de cinco telescpios refletores, sendo quatro do tipo Newtoniano e um dotipo Cassegrain [6]. Alm disso, temos por objetivo motivar os alunos de Licenciatura a refletir ediscutir acerca dos fenmenos fsicos relacionados principalmente a tica, atravs do estudo deastronomia, colaborando assim no atendimento de estudos que retratam a deficincia no ensinonesta rea, conforme mencionado acima.

Descrio do trabalho desenvolvido

A primeira parte deste trabalho trata da construo dos aparelhos. De modo geral, o processo deconstruo dos telescpios pode ser descrito de acordo com as seguintes etapas: 1) corte de cinco conjuntosde vidros no formato circular, com dimetro aproximado de 20 cm. Cinco vidros possuem espessura de 10mm e outros cinco de espessura de 20 mm. Nesta fase foi utilizada uma mquina de corte projetada econstruda a partir de sucatas, como correias, motor de geladeira,etc, cuja eficincia comprovadamenteassegurada, necessitando em torno de 30 minutos para o corte de cada um dos vidros; 2) esmerilhamento dosvidros mais espessos com carburundum de granas 60, 80, 180, 500, 1000 e 2000, respectivamente, iniciandocom a mais grossa e finalizando com a mais fina. Este processo realizado com movimentos adequados devaivm, circulando em torno de um suporte para os vidros, com o vidro mais espesso sobre o vidro mais fino(10 mm), sendo que o vidro mais espesso dar origem ao espelho primrio dos aparelhos construdos; 3)polimento dos vidros com xido de ferro a fim de se obter a curvatura desejada dos espelhos concvos; 4)


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correo da parabolizao dos vidros utilizando mtodo de Focault [6]. Esta a fase mais complexa dotrabalho de construo e os alunos tem a oportunidade de compreender fenmenos pticos, como refrao edifrao da luz de maneira prtica e criativa, pois participam tambm da construo do dispositivo de Focaultpara desenvolver esta etapa; 5) deposio da camada refletora sobre os vidros, obtendo assim os espelhosprimrios dos aparelhos. Esta etapa realizada por empresa especializada, uma vez que a evaporadoraexistente em nossos laboratrios de pesquisa, no atendem material com dimetro maior do que 4 cm; 6)montagem dos aparelhos, utilizando tubopvc e 7) confeco dos trips, seguindo modelo equatorial.

Cada um dos cinco alunos envolvidos dedica-se a confeco de espelhos com diferentes razes focais,sendo F/D = 5, F/D = 6, F/D = 6,5 e F/D = 8 para os telescpios Newtonianos e F/D = 12,5 para o telescpioCassegrain. A fase 3 da etapa de construo pode ser observada na figura 1 e, na figura 2, mostrado,parcialmente, o aparelho de Focault construdo neste trabalho.

Figura 1 Processo de polimento de um vidro(futuro espelho do telescpio refletor)

Figura 2 Equipamento para correo daparabolizao, utilizando mtodo de Focault

A 2 etapa do trabalho, envolve a formao de um Grupo de Estudos em Astronomia, formado poralunos de graduao de Licenciatura em Fsica, um mestre na rea de Ensino de Fsica, um ex-aluno,graduado em Licenciatura em Fsica e um astrnomo amador do municpio de Bauru, Sr. Leonel JosAndreatto, que possui vasta experincia na construo artesanal de telescpios e que o responsvel,voluntrio, pelo aprendizado dos alunos de Licenciatura em Fsica no processo de construo. Os temasescolhidos para estudo no grupo so: i) Histria da Astronomia e seu Ensino no Brasil; ii) Astronomia dePosio; iii) Instrumentos; iv) Sistema Solar, v) Estrelas e Galxias e vi) Cosmologia. Nesta etapa, quatro doscinco alunos envolvidos no projeto de construo, alm do astrnomo amador e da coordenadora do projeto,se responsabilizam pela apresentao de um dos temas acima, pesquisando material e preparando umaapresentao multimdia com durao aproximada de 30 minutos. Aps a apresentao todo o grupo

convidado a discutir, questionar e colaborar com outras informaes a respeito do tema, aprimorando omaterial apresentado na reunio. Dessa forma, esto sendo criados materiais que sero utilizados na 3 etapado trabalho, relacionada a utilizao dos aparelhos construdos pelos alunos do Ensino Fundamental e Mdiodo municpio de Bauru e toda comunidade acadmica do campus da Unesp-Bauru.

Resultados Obtidos

At o presente momento, as etapas 1 e 2, Construo dos Aparelhos e Reunies do Grupo deEstudos, respectivamente, esto sendo executadas pelos alunos de graduao em Licenciatura em Fsica. Nasetapas iniciais do processo de construo, corte, esmerilhamento e polimento dos vidros, os alunos foraminstigados a compreender o sistema ptico de um telescpio refletor [7,8], estudando fenmenos explicados


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na ptica geomtrica, como formao de imagens, usando lentes e espelhos, que so abordados apenasteoricamente na disciplina Fsica V no curso de Licenciatura em Fsica. Atualmente, a construo dosaparelhos est na fase de correo na parabolizao dos vidros que daro origem aos futuros espelhosprimrios dos telescpios. Nesta fase, os alunos esto tendo oportunidade de estudar e entender os clculosapresentados em apostilas e manuais de construo, que tratam de forma geral a fabricao dos espelhos,mas, na prtica a aplicao no direta, pois cada um dos vidros trabalhados, que daro origem aos espelhosdos telescpios, tem suas prprias caractersticas. Dessa maneira, esto sendo realizados os clculos decurvatura dos espelhos observando na prtica a sensvel influncia da temperatura do ambiente nessesclculos, comparando-as com as referncias da literatura [6]. Em relao ao Grupo de Estudos, as reuniestm ocorrido semanalmente e at o momento as discusses foram sobre os temas Histria e Ensino deAstronomia e Astronomia de Posio. O material gerado nas reunies ser, num futuro prximo,disponibilizado em um site que est sendo construdo sobre o Grupo de Astronomia do Curso de Fsica.Alm da etapa de construo dos aparelhos e criao do grupo de estudos, esto sendo iniciadas as primeirasobservaes do cu, a olho nu, com a utilizao de cartas celestes.

Concluses

A execuo deste trabalho voltada inteiramente para um esforo crescente efetuado em favor doensino da Astronomia, desde as sries iniciais do Ensino Fundamental at os anos finais de curso degraduao de formao de professores, principalmente de Fsica, contemplando no s a fundamentaoterica para isso, mas tambm a prtica observacional, utilizando instrumentos pticos, como os telescpiosconstrudos e binculos e tambm observaes a olho nu, adquirindo, por exemplo, noes de localizao noespao, constelaes da poca, etc. Alm disso, est sendo gerado material de apoio ao professor de ensinomdio e fundamental preparado pelos prprios alunos de Licenciatura, futuros professores de Fsica. Comisto, acreditamos que este trabalho ir colaborar significativamente com a insero da astronomia naformao de docentes que, de acordo com a literatura, apresenta falhas que podem ser superadas com esforoconjunto dos cursos de formao de professores, no s de Fsica, mas tambm de Biologia, Pedagogia eMatemtica, oferecidos pela Faculdade de Cincias de Bauru.

Referncias1) Reichen, C.A. Histria da Astronomia. Editions Rencontre and Erik Nitsche

International, 1966.2) Alarsa, F.; Faria, R.P.; Pimenta, A.P.; Marino, L.A.A., Oliveira, R.S.; Cardoso, W.T.

Fundamentos de Astronomia, Papirus Livraria e Editora, 1966.3) Neves, M.C.D.; Arguello, C.A. A Astronomia de rgua e compasso: de Kepler a

Ptolomeu, Papirus Livraria e Editora, 1986.4) Laghi, R. Dissertao de Mestrado: Um estudo exploratrio para a insero da

astronomia na formao de professores dos anos iniciais do ensino fundamental,Unesp, FC, 2004

5) Mouro, R.R.F. Manual do Astrnomo, 5 ed., Rio de Janeiro, Jorge Zahar Editor,2001.6) Scherman, J. e Viola, H.A. Construccion de Telescpios Manual para el

Aficionado, Associacion Argentina Amigos de La Astronomia, Buenos Aires, 1960.7) Young, H.D., Freedman, R.A. Fsica IV: tica e Fsica Moderna Pearson

Education do Brasil, So Paulo, 2004.8) Halliday, D., Resnick, R., Walker, J. Fundamentos de Fsica 4: tica e Fsica

Moderna Livros Tcnicos e Editora Ltda, Rio de Janeiro, 1995.

Apoio: FUNDUNESP-PROEX

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