Introdução à óptica com espelhos planos

POR:
novaescola

Objetivo(s) 

  • Iniciar o estudo da óptica, conhecendo a relação entre luz e o processo de visão.
  • Identificar como ocorre a reflexão da luz em uma superfície plana espelhada e as características da imagem observada.
  • Conhecer a utilização de espelhos planos na construção de equipamentos como periscópios e caleidoscópios.

Conteúdo(s) 

 
  • Óptica.
  • Espelhos planos.
  • Reflexão.

Ano(s) 

6º, 7º, 8º, 9º

Material necessário 

- Lâmina de plástico metalizado (pode ser comprada em lojas que trabalham com embalagens de presentes)
- Papelão grosso, plástico polionda ou placa de MDF de 5mm (para fixar a lâmina de plástico metalizado).
- Caixa de papelão grande com frestas e emendas vedadas com papel opaco escuro.
- Lanterna e ponteira laser.

Desenvolvimento 

1ª etapa 

Para introduzir o assunto à turma, pergunte aos alunos como eles explicariam a maneira pela qual enxergamos algo. Proponha situações em que haja pouca ou nenhuma luz, como por exemplo: o que seria possível ver estando dentro de uma caverna profunda, sem utilizar nenhuma fonte de luz (lanternas, carbureteiras, velas, entre outras)? Para simular um local assim, utilize uma caixa de papelão grande, com todas as frestas e emendas vedadas para não entrar nenhuma luz vinda do lado externo, deixando somente dois orifícios pequenos, por onde se possa observar o interior da caixa.

Coloque vários objetos diferentes dentro da caixa e peça que os alunos tentem observá-los. Eles devem perceber que só é possível ver, nesse experimento, objetos que emitem luz (lâmpadas, LEDs ou material fosforescente, entre outros).

2ª etapa 

Para introduzir o tema reflexão, coloque uma lanterna pequena, que tenha um facho de luz não muito intenso, dentro da caixa, iluminando os objetos que não foram possíveis de serem vistos sem a lanterna. Peça que os alunos observem que, ao iluminar um objeto, é possível ver outras partes no interior da caixa (esse efeito é percebido facialmente utilizando uma folha de papel branco), o que comprova que os objetos, quando iluminados, refletem luz em todas as direções, o que faz com que a luz refletida atinja nossos olhos, possibilitando que o vejamos. Explique, também que alguns objetos refletem a luz de uma forma diferente, o que permite observar imagens devido à reflexão. Estes objetos são os espelhos.

Você pode utilizar espelhos de vidro na realização destas atividades, tendo o cuidado de evitar a quebra e adaptando os tamanhos dos espelhos. Recomenda-se, porém, a utilização de lâminas de plástico espelhado, fixadas sobre pedaços de papelão rígido, plástico polionda, placas de MDF ou outro material rígido o suficiente para manter a lâmina de plástico espelhado sem curvaturas, formando um espelho plano.

Distribua esses espelhos aos alunos e peça que observem como acontece a reflexão da luz neles. Utilize uma ponteira laser e um pouco de pó de giz ou um frasco aspersor de água para demonstrar o percurso do raio que incide e reflete no espelho. Os estudantes devem observar as características da imagem em um espelho plano: ao se levantar o braço direito, a imagem observada levanta o braço esquerdo. Peça que tentem explicar por que isso acontece.

Para explorar mais esse tema, peça aos alunos que posicionem uma das mãos próxima ao espelho, como mostra a ilustração abaixo.

Reflexão dos dedos no espelho plano

Chame a atenção dos alunos para a forma como a imagem é invertida. Repare que tanto o dedão (que aponta para cima) como o dedo médio (que aponta para fora da folha) mantêm a mesma orientação, tanto na imagem como no objeto. Já o dedo indicador do objeto (que está “entrando” no espelho) é invertido na imagem (está “saindo” do espelho). Esta é a real inversão que ocorre em um espelho plano.

3ª etapa 

Comece esta etapa solicitando que os alunos montem um espelho articulado – formado por dois espelhos unidos por uma das arestas. Peça que eles coloquem os espelhos formando um ângulo de 90° e observem como é a imagem formada. Eles devem observar que é possível ver três imagens do objeto. Em seguida, pergunte a eles quantas imagens seriam observadas ao se colocar dois espelhos, um de frente para o outro, e colocando um objeto entre eles. Eles devem perceber que, nesta formação, o número de imagens que podem ser observadas tende ao infinito. Usando este mesmo princípio, proponha a construção de um caleidoscópio.

Como montar um caleidoscópio

Para montar o caleidoscópio basta juntar três espelhos de formato retangular com 3 cm x 15 cm, aproximadamente, formando um prisma triangular. Passe fita adesiva ao redor dos espelhos para que eles não se soltem.

Montagem de um caleidoscópio


Observando dentro do prisma, com uma das pontas bem próxima a um dos olhos e colocando uma imagem impressa em um plástico transparente na outra ponta, os alunos vão observar um padrão hexagonal de imagens, que vai se alterando conforme se muda a posição do plástico transparente. 

Outro equipamento que os alunos podem montar, utilizando uma associação de espelhos planos, é um periscópio. Neste equipamento, dois espelhos são colocados no interior de um tubo, permitindo observar um objeto por cima de um obstáculo, por exemplo. Esse tipo de equipamento é utilizado em submarinos, permitindo ver sobre a superfície.

Como montar um periscópio

Para montar um periscópio os alunos devem utilizar uma caixa retangular (quanto mais comprida melhor) e posicionar dois espelhos como mostra o esquema a seguir.

Montagem de um periscópio

Repare que, na montagem do periscópio, os espelhos devem ficar paralelos entre si e formando um ângulo de 45° com o fundo ou o teto da caixa. Para utilizar o periscópio, os alunos devem posicionar os olhos próximos à abertura de observação e girar a montagem até que a abertura de entrada de luz esteja voltada para o local que se quer observar. Você pode utilizar a lanterna ou a ponteira laser para demonstrar o caminho da luz dentro do periscópio.

Avaliação 

Peça aos alunos que expliquem o funcionamento dos equipamentos construídos, relatando todo o percurso da luz, desde a emissão/reflexão que ocorre em um objeto e o percurso da luz até atingir nossos olhos. Nesse relato, observe como os alunos compreenderam os conceitos envolvidos nestas atividades.

Créditos: Cristian Annunciato Formação: Professor de Física e pesquisador da Sangari Brasil, em São Paulo.

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