Oficinas de astronomia smec 2013

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Oficinas de astronomia smec 2013

  1. 1. PREFEITURA MUNICIPAL DE CURITIBA SECRETARIA MUNICIPAL DA EDUCAÇÃO SUPERINTENDÊNCIA DE GESTÃO EDUCACIONAL DEPARTAMENTO DE ENSINO FUNDAMENTAL EQUIPE DE CIÊNCIAS OFICINAS DE ASTRONOMIA Prof. MSc. Amauri José da Luz Pereira MAI /2013
  2. 2. OFICINAS DE ASTRONOMIA Prof. MSc. Amauri José da Luz Pereira Astrônomo do Observatório Astronômico e Planetário do Colégio Estadual do Paraná Ex-Coordenador do Curso de Bacharelado em Física com Ênfase em Astronomia das Faculdades Integradas “Espírita” Professor dos Cursos de Licenciatura em Física e Matemática Centro Universitário Campus de Andrade – UNIANDRADE Professor dos Cursos de Biologia e Engenharia Mecânica Universidade Tuiuti do Paraná Contatos Av. João Gualberto, 250 – Alto da Glória 800030-001 Curitiba Paraná tel (41) 3288-7221 ou 9631-0162 amaurijlp@yahoo.com.br
  3. 3. PREFÁCIO O presente material foi elaborado com a intenção de oferecer um suporte à capacitação de Professores da Rede Municipal de Educação de Curitiba na disciplina de Ciências em tópicos específicos da Astronomia que são as Estações do Ano e as novas definições do Sistema Solar. Este material não está totalmente terminado. O objetivo dele é fazer com qu a aplicação das atividades aqui descrita sejam testadas nas mais diversas situações e públicos, na esperança de receber críticas e comentários para aperfeiçoar seu texto bem como técnicas que auxiliem numa melhor compreensão do que ela se propõem a oferecer. Deste modo, agradeceremos a todos aqueles que manifestarem suas sugestões no sentido de dar clareza, correção e melhor compreensão a este texto bem como às práticas a que ele apresenta. O autor
  4. 4. Sumário 1. ESTAÇÕES DO ANO............................................................................................................ 1.1 Movimentos da Terra.............................................................................................. 1.2 Estações do Ano..................................................................................................... 2. SISTEMA SOLAR EM ESCALA DE TAMANHO................................................................... 3. SISTEMA SOLAR EM ESCALA DE DISTÂNCIAS............................................................... REFERÊNCIAS.......................................................................................................................... 1 1 1 7 9 11
  5. 5. 1. Estações do Ano Amauri José da Luz Pereira OACEP – Física/Astronomia FIES – Física/Matemática UNIANDRADE – Biologia/Engª Mecânica UTP 1.1 MOVIMENTOS DA TERRA Nosso planeta se desloca continuamente no espaço. Entre os vários movimentos que descreve, dois se destacam: rotação e revolução (translação). O primeiro é responsável pela alternância de dias e noites e pelo movimento aparente das estrelas à noite. Aqui vale a pena destacar que a palavra dia tem dois significados diferentes e freqüentemente isso é causa de alguma confusão. Dia pode ser usado para expressar o período de 24 horas (uma rotação completa da Terra) e pode significar também o período claro do dia, quando o Sol fica acima do horizonte. Os gregos chamavam o período de 24 horas de nictêmero para diferenciar do dia claro. A Terra orbita em torno do Sol em 365,2422 dias (graças a essa fração, a cada quatro anos ocorre um ano com 366 dias). Nesse período a Terra passa por quatro pontos especiais, os dois solstícios e os dois equinócios, que marcam o início das estações do ano. Os planetas percorrem órbitas elípticas (muito pouco achatadas, quase circulares). Desse modo, há períodos em que o planeta fica mais próximo do Sol e em outras épocas fica mais afastado (essa diferença contudo é mínima). Embora vários livros ainda definam como a causa das estações do ano esta diferença na órbita do planeta, a explicação correta não é esta. 1.2 Estações do ano A Terra leva um ano para descrever uma órbita em torno do Sol, ao longo de um plano denominado eclíptica.
  6. 6. A Terra gira em torno de si cerca de 24 horas. O eixo de rotação projetado na superfície dá lugar aos pólos norte e sul. Perpendicularmente ao eixo e passando pelo centro da Terra, temos o plano do equador. A projeção desse plano na superfície da Terra recebe o nome de linha do equador, e na esfera celeste de equador celeste. O equador celeste não coincide com a eclíptica; um está inclinado em relação ao outro cerca de 23,5 graus. O eixo de rotação terrestre, projetado na esfera celeste, indica os pólos norte e sul celeste; este eixo "sempre" aponta para o mesmo ponto na esfera celeste. Graças a isso, ao longo de um ano o nosso planeta passa por quatro posições particulares: dois solstícios que marcam os inícios do verão e do inverno, e dois equinócios que marcam os inícios da primavera e do outono.
  7. 7. Solstícios (verão ou inverno) - Ocorrem quando o Sol atinge seu máximo afastamento angular do equador celeste. O hemisfério da Terra em que estiver acontecendo o solstício de verão, terá o dia (período de insolação) com duração mais longa, enquanto o hemisfério oposto marca o solstício de inverno, quando as noites têm duração mais longa. Quanto mais afastados estivermos do equador terrestre, maiores serão as diferenças entre os dias e as noites ao longo do ano. No equador, em qualquer época, os dias e as noites têm sempre a mesma duração. Equinócios (primavera ou outono) - Ocorrem quando o Sol cruza o equador celeste. Nestes dias, em qualquer ponto da Terra, dias e noites têm igual duração (12 horas). Quando em um hemisfério estiver acontecendo o equinócio de outono, no outro estará ocorrendo o de primavera. Os equinócios podem ocorrer em 20 ou 21 de março e 22 ou 23 de setembro, já os solstícios nos dias 21 ou 22 de dezembro e 20 ou 21 de junho. Essa variação é conseqüência de o ano civil ter um número inteiro de dias, 365 ou 366, e o período decorrido entre uma mesma estação consecutiva ser de 365,2422 dias Duração do Dia ao longo do Ano para algumas latitudes Macapá, AP Curitiba, PR Legenda: MEQ = Equinócio de Março; JSO = Solstício de Junho; SEQ = Equinócio de Setembro; DSO = Solstício de Dezembro.
  8. 8. Próximo ao Estreito de Magalhães Pólo Sul Legenda: MEQ = Equinócio de Março; JSO = Solstício de Junho; SEQ = Equinócio de Setembro; DSO = Solstício de Dezembro. Dias e horários do início das estações para o ano 2012 no hemisfério Sul (tempo legal de Brasília) Estação Dia Horário Outono 20 / 03 02h14min Inverno 20 / 06 20h08min Primavera 22 / 09 11h48min Verão 21 / 12 08h11min Obs: no horário de verão adicione 1h ao valor listado. No desenho acima vemos, além do equador, outras duas linhas denominadas Trópico de Câncer e Trópico de Capricórnio. Estas linhas delimitam a faixa na
  9. 9. superfície da Terra em que ocorre o "Sol a pino". No equador isso ocorre no dia dos equinócios; já no Rio de Janeiro, que está pertinho do Trópico de Capricórnio, o Sol a pino acontece em dois dias muito próximos: 10 de dezembro e 2 de janeiro. Em alguns anos pode ocorrer nos dias 11 e 3. Fora da região intertropical, no dia em que se dá o solstício de verão, o Sol estará culminando com a sua altura máxima, perto do meio-dia. No dia do solstício de inverno, a altura será mínima na culminação. Nas regiões polares e equatoriais, as estações têm características bastante particulares. Próximo aos pólos o ano é dividido simplesmente em períodos claro e escuro, e cada um deles dura vários meses. Já nas proximidades do equador, o ano se divide em períodos de chuva e estiagem. A conhecida descrição das estações - primavera (período das flores), outono (período dos frutos), etc. - é válida apenas em locais de clima temperado. Em alguns livros explicam-se de maneira equivocada as estações do ano. Segundo estas publicações, as estações ocorreriam devido à variação da distância entre a Terra e o Sol (no verão a Terra estaria mais perto do Sol e no inverno mais afastada). De fato a órbita da Terra é uma elipse, mas a variação da distância ao longo do ano em termos percentuais é muito pequena, menos de 2%. Além disso, por esta explicação, teria que ocorrer a mesma estação em toda a Terra ao mesmo tempo. A variação anual da distância entre o Sol e a Terra afeta, contudo, a duração das estações do ano, em função da segunda lei de Kepler (o planeta se desloca mais rápido quanto mais próximo ele estiver do Sol). Com isso, o verão no hemisfério Sul e o inverno no hemisfério Norte são as estações mais curtas, atualmente duram 88,99 dias, pois a Terra passa pelo periélio em 2 ou 3 de janeiro. Já o inverno do hemisfério Sul e o verão do hemisfério Norte duram 93,65 dias, sendo as estações mais longas.
  10. 10. 2.Sistema Solar em Escala de Tamanho Amauri José da Luz Pereira OACEP – Física/Astronomia FIES – Física/Matemática UNIANDRADE – Biologia/Engª Mecânica UTP Resumo Neste experimento iremos apresentar uma forma prática de abordar os planetas e planetas anões do sistema solar em escala de tamanho de acordo com as recentes definições de planeta da União Astronômica Internacional Introdução No ano de 2006 quando da 26ª Conferência da União Astronômica Internacional, foram lançadas as bases para a definição do que vem a ser um planeta, mudando significativamente as concepções a respeito dos objetos que compõem o sistema solar. De acordo com essa nova classificação existem atualmente duas classes de planetas no Sistema Solar que são: Planetas clássicos: todos os planetas que foram descobertos antes de 1900, totalizando oito astros, que em ordem de afastamento do Sol são os seguintes: Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Planetas anões: foram classificados nessa classe o planeta Plutão, o antes conhecido como asteróide Ceres, no cinturão de asteróides entre Marte e Júpiter e um novo planeta que foi descoberto em 2003, que recebeu o nome de Eris, que significa a Deusa da Discórdia, Haumea , divindade primitiva havaiana que significa deusa do nascimento e da fertilidade e Makemake cujo nome refere-se ao criador da humanidade e deus da fertilidade dos rapanui, um povo nativo da Ilha de Páscoa. Portanto, o sistema solar que até o presente na maioria dos livros didáticos aparece como tendo nove planetas, deve ser ensinado doravante como possuindo oito planetas e até o momento 5 planetas anões. Essa definição provavelmente ainda passará por algumas alterações, pois existem outros 12 astros que estão em estudos e que podemos apelidá-los de “candidatos a planeta” , poderão ser classificados como tal, ou não, quando das próximas reuniões da União Astronômica Internacional. Atividade Prática: Observações Iniciais: A presente prática tem por objetivo construir um modelo de sistema solar em escala de tamanho, salientamos que não é possível nesse tipo de atividade representar simultaneamente a escala de distâncias e nem mesmo o Sol pois de acordo com as medidas que serão utilizadas o nosso astro rei teria um diâmetro de 4 metros. Por fim vale a pena ressaltar que os planetas não tem as mesmas cores do modelo.
  11. 11. Materiais necessários: Cartolinas ou chapas de EVA, régua, barbante, compasso, lápis, tesoura, percevejos, fita adesiva, sarrafo longo. Procedimentos Experimentais: - Desenhe dois círculos para cada planeta, (veja a tabela de diâmetros) usando um compasso ou barbante e lápis para conseguir a medida correta. - Recorte os círculos de cartolina ou EVA. Em cada um faça um corte que vá da beirada ao centro. - Encaixe as duas cartolinas de cada planeta uma na outra. Elas devem formar ângulos retos enter si. - Use o percevejo para fazer um pequeno furo no alto de cada planeta. Passe um pedaço de barbante pelo furo. - Amarre os planetas conforme a ordem abaixo, a ordem real a partir do Sol. Deixe espaço suficiente entre eles para que não se choquem uns com os outros. - Encape o sarrafo com cola e papel sulfite. - Cole os nomes de cada planeta sobre o sarrafo longo. Tabela: Diâmetro e cores dos planetas Planeta Cor Diâmetro Mercúrio Cinza 1 cm Vênus Laranja 4 cm Terra Azul 4 cm Marte Vermelha 2 cm Ceres Cinza 4 mm Júpiter Laranja 48 cm Saturno Amarela 38 cm Anéis de Saturno Amaraela Ext 78 cm Int . 47 cm Urano Azul escuro 20 cm Netuno Azul claro 20 cm Plutão Cinza 8 mm Haumea Cinza 6mm Makemake Cinza 7mm Eris Vermelha 9 mm Detalhe Para expor o modelo ele pode ser amarrado acima do quadro negro e com um giz e um barbante pode ser desenhado uma secção do Sol com o raio de 2,0 m (lembrando que nesse modelo ele teria um diâmetro relativo aproximado de 4 metros).
  12. 12. 3. Sistema Solar em Escala de Distâncias Amauri José da Luz Pereira OACEP – Física/Astronomia FIES – Física/Matemática UNIANDRADE – Biologia/Engª Mecânica UTP Resumo Neste experimento iremos apresentar uma forma prática de abordar os planetas e planetas anões do sistema solar em escala de distâncias. Para isso utilizaremos o tamanho máximo padrão de uma quadra poliestportiva (encontrado nas Escolas Municipais de Curitiba) e o máximo afastamento (afélio) que o planeta ou planeta anão apresenta em relação ao Sol. Introdução O tamanho padrão do Sistema Solar, levando-se em consideração a nuvem de Oort é de 100 unidades astronômicas (U. A.). Uma unidade astronômica é definida como sendo a distância média da Terra ao Sol, que é de aproximadamente 150 milhões de quilômetros, portanto na unidade usual para o nosso dia-a-dia, mas insignificante para os padrões interplanetários, o Sistema Solar tem aproximadamente 15 bilhões de quilômetros! Dada a diferença de padrão de tamanho e distâncias é impossível representar o Sistema Solar em escala de tamanho e distâncias ao mesmo tempo. Para termos uma idéia, com os tamanhos dos planetas representados na prática anterior teríamos que posicionar Éris a aproximadamente 11000 Km de distância. Atividade Prática: Observações Iniciais: O comprimento padrão de um quadra poliesportiva é de 42 metros, sendo assim consideraremos essa distância máxima como sendo a fronteira final do Sistema Solar, ou seja a nuvem de Oort de onde provém os cometas não periódicos dos nosso sistema planetário. O Sol na linha oposta do campo é o ponto de partida para as marcações da distâncias. A presente prática tem por objetivo construir um modelo de sistema solar em escala de distâncias, salientamos que não é possível nesse tipo de atividade representar simultaneamente a escala de distâncias e nem mesmo o Sol, pois de acordo com as medidas que serão utilizadas o nosso astro rei teria um diâmetro de 4 metros. Por fim vale a pena ressaltar que os planetas não tem as mesmas cores do modelo. Materiais necessários: Cartolinas, régua, trena de 50 metros, lápis, tesoura, percevejos, fita adesiva, massa de modelar e palitos
  13. 13. Procedimentos Experimentais: - Confeccione as bandeirinhas com as cartolinas e os palitos escrevendo os nomes de cada um dos planetas ou planetas anões. - Com uma trena marque as distâncias dos planetas e planetas anões ao longo do comprimento da quadra fixando uma quantidade suficiente de massa de modelar nas medidas - Disponha as bandeirinhas dos planetas e planetas anões conforme a tabela abaixo. Tabela: Distância dos Planetas Planeta Distância em unidades astronômicas (U.A.) Distância real no afélio (em quilômetros) Distância na escala (em metros) Mercúrio 0,46 69 642 857 19,50 cm Vênus 0,73 108 928 571 30,50cm Terra 1,00 152 142 857 42,60 cm Marte 1,66 249 285 714 69,80 cm Ceres 2,99 448 214 285 1,255m Júpiter 5,46 819642857 2,295 m Saturno 10,05 1 507 857 143 4,222m Urano 20,02 3 004 285 714 8,412m Netuno 30,06 4 508 928 571 12,625m Plutão 49,17 7 375 714 286 20,652m Haumea 51,52 7 728 571 429 21,640m Makemake 53,07 7 961 071 429 22,291m Eris 97,56 14 633 928 571 40,975m
  14. 14. REFERÊNCIAS BIZZO, N. Ciências: fácil ou difícil? São Paulo, SP: Ática, 1998, 144p. BORDENAVE, J. D.; PEREIRA, A. M.. Estratégia de ensino-aprendizagem. Petrópolis, Rio de Janeiro : Vozes,1985 BORGES, A.T. O papel do laboratório no ensino de ciências. In: MOREIRA, M.A.; A.; CANIATO, R. O Céu. São Paulo: Editora Ática, 1990. CARVALHO, A.M.P. et al. Ciências no Ensino Fundamental. Scipione, 1998. CASTRO, A.D. Piaget e a didática; ensaios. São Paulo: Saraiva 1974. CURITIBA. Prefeitura Municipal. Secretaria Municipal da Educação. Diretrizes Curriculares para a Educação Municipal de Curitiba: ensino fundamental. V.3. 2006. FREIRE, P. Pedagogia da Autonomia: saberes necessários á pratica educativa. 13ª ed. São Paulo: Paz e Terra,1999 KUHN, T. S. A Estrutura das Evoluções Científicas. 1ª Edição. São Paulo: Editora Perspectiva 1978. LATTARI, C. J. B.; TREVISAN, R. H. Implantação de Astronomia em Currículo Básico do Curso de Ciências. Atas do XI SNEF, p. 166-170, 1995b; MALLMANN, J. A.; RASIA, L. A. A astronomia como Eixo Orientador e Motivador de Conteúdos do Ensino Médio de Física. Universidade Federal do Noroeste do Rio Grande do Sul, 1999. NISKIER, A. A nova lei da educação - tudo sobre a lei de diretrizes e bases da educação nacional: uma visão crítica. Rio Janeiro: Block Edit., 1996. Sun Motions http://astro.unl.edu/classaction/animations/coordsmotion/sunmotions.html How big is a planet http://www.howbigisaplanet.com/ Solar System Scope http://www.solarsystemscope.com

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