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GABARITO                     Caderno do Aluno                    Física – 2a série – Volume 4



 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1

 A CAIXA DE CORES



Páginas 3 - 4

   Nesta etapa, desejamos reconhecer os conhecimentos prévios para trabalhar
conceitos relacionados com a luz e suas propriedades. A ideia é permitir que os
conteúdos a serem trabalhados nas aulas estejam relacionados a elementos retirados do
próprio universo dos estudantes.




Páginas 4 - 7

   Para discutir essas perguntas, retome a ideia apresentada de que uma cor depende
exclusivamente do pigmento que tinge o objeto. Se isso fosse verdade,
independentemente do que ocorresse, todos deveriam então ver a mesma cor em cada
uma das figuras. Com isso, você poderá começar a discutir o que é cor. Na primeira
questão, a ideia é fazer os alunos perceberem que a cor que vemos em um objeto
depende fortemente da luz que o ilumina. Assim, quando se muda a luz, muda-se a cor
percebida. Logo, na segunda questão, o objetivo é fazê-los perceber que sempre
comparamos as cores a partir de objetos expostos à luz branca, ou seja, a do Sol ou de
lâmpadas de cor branca. Já nas duas últimas questões, respectivamente, a banana ficaria
escura e o papel branco ficaria verde. Ou seja, a cor resulta de um tipo de exposição e
não de uma propriedade do objeto. O correto seria dizer que um objeto parece
“vermelho” e não que é “vermelho”. Com essas discussões, tem-se o “mote” para iniciar
a fase seguinte, que apresentará a decomposição da luz branca.


Coloração por reflexão

Páginas 8 - 9

   As questões têm como objetivo retomar o experimento e sensibilizar os alunos para o
texto. As respostas encontram-se ao longo do texto.
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Coloração por transmissão

Página 9

   A resposta está no texto subsequente. O objetivo principal é fazer com que os alunos
levantem hipóteses e se sensibilizem para a leitura do texto.




Páginas 9 - 10

   Para a primeira questão, tenha como base o texto “O que é a cor?” Aqui o objetivo é
explorar o que o aluno acredita que seja a cor, já que essa questão será retomada depois.
As questões 2, 3, 5 e 6 estão relacionadas com os textos “Coloração por reflexão” e
“Coloração por transmissão”. Na última questão é interessante explorar a ideia da cor
negra como ausência de reflexão ou transmissão, bem como a escuridão como ausência
de luz. É importante ressaltar que a cor de um objeto depende de suas propriedades, mas
também do tipo de iluminação utilizada. Já a questão 4 ressalta que, quando a luz incide
sobre qualquer objeto, três processos podem acontecer: reflexão, absorção e transmissão
da luz.




Página 10

   Nessa atividade, os alunos, em grupo, deverão elaborar um relatório contendo o que
foi observado e os possíveis problemas encontrados. Na síntese do que foi aprendido,
deve estar explícita a influência da cor da luz incidente na percepção de um objeto
colorido, ressaltando a ideia de que sua cor não é apenas uma propriedade intrínseca e
imutável dos materiais.




                                                                                           2
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2

DECOMPONDO E MISTURANDO LUZES E CORES




Página 11

   O objetivo das questões do roteiro é explorar a criação de hipóteses dos alunos.




Páginas 12 - 17

   A questão da página 14 tem como objetivo explorar a criação de hipóteses pelos
alunos e será respondida no texto “Ondas eletromagnéticas”.

1. Chamamos a luz branca de policromática, ou seja, essa luz é composta de várias
   cores. Já uma luz monocromática é aquela composta de uma única cor, como um
   laser.
2. Alternativas (a), (c) e (d).
3. Toda carga elétrica tem associada a ela um campo elétrico, que pode ser pensado
   como uma propriedade sua. Esse campo preenche todo o espaço e representa uma
   zona de influência elétrica que se estende até o infinito. Um campo não pode ser
   desassociado de sua carga, ou seja, é impossível separar um do outro.
4. Os campos elétricos e magnéticos variáveis geram um ao outro e são emitidos pela
   carga em movimento como uma onda eletromagnética. Essa é a “coisa” detectada,
   por exemplo, quando você liga um rádio ou atende a uma chamada no celular.
5. O índice de refração de um material varia com o comprimento de onda da luz que o
   atravessa é por isso que ocorre a dispersão. Assim, cada comprimento de onda que
   compõe a luz branca vai apresentar diferentes ângulos de refração ao incidir em um
   material com índice de refração diferente do que ela estava, por exemplo, ao passar
   do ar para o vidro. Como o índice de refração geralmente é maior para um

                                                                                           3
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   comprimento de onda menor, a luz violeta se desvia muito mais do que a luz
   vermelha quando passa, por exemplo, da água para o ar.




Página 18

   Aqui é importante o aluno perceber a relação entre o fenômeno e a dispersão da luz.




Página 18

   As questões 1,2 e 3 têm como objetivo retomar as atividades anteriores, permitindo
que os alunos iniciem a formulação de hipóteses. Além disso, elas foram formuladas a
fim de sensibilizá-los para o experimento que será realizado a seguir. Explicações mais
detalhadas de como explorar essas questões com os alunos podem ser localizadas no
Caderno do Professor na Situação de Aprendizagem 2.

Página 20

   Nesta etapa, esperamos que as hipóteses dos alunos estejam mais bem formuladas do
que inicialmente, visto que as discussões sobre luz e cores já foram iniciadas. Assim,
espera-se que as hipóteses comecem a se adequar aos resultados dos experimentos, o
que dará estrutura para que os alunos respondam às três primeiras questões (1-
vermelho, verde e azul; 2- vermelho e verde; e 3 - vermelho e azul). A questão 4, como
o enunciado revela, pretende trabalhar as hipóteses criadas pelos alunos a seguir.
Perceba, entretanto, que a sistematização desses conceitos só se dará no texto seguinte:
“Soma de luzes coloridas”.




Páginas 20 - 21
1. Na Física, dizemos que o magenta é a cor oposta ou complementar ao verde, o
   amarelo é oposto/complementar ao azul e o ciano é oposto/complementar ao
   vermelho. Dessa forma, ao “somar” os opostos obtemos o branco. Assim, ao
                                                                                          4
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   compormos fontes de luz vermelha, verde e azul, obtemos o branco; por isso,
   chamamos essas três cores-luz de cores primárias.
2. Essa sigla corresponde a red, green e blue, os nomes em inglês das cores-luz
   primárias. A partir da mistura de diferentes porcentagens dessas três cores, obtêm-se
   todas as outras.
3. Aqui é importante o aluno perceber o preto como a ausência de luz.
4. Ao compormos vermelho, verde e azul obtemos o branco; por isso, chamamos essas
   três cores-luz de cores primárias. Por meio da “soma” dessas luzes pode-se obter
   todas as outras.




Páginas 22

   Aqui é importante o aluno perceber a relação entre o fenômeno da superposição e a
cor percebida quando misturamos luzes de cores diferentes.




Páginas 22 - 23

   As respostas das questões presentes em “Mãos à obra!” estão relacionadas com as
observações realizadas pelos alunos ao longo da atividade. Apenas nas duas últimas
etapas do roteiro o aluno deve fazer uma reflexão com base no que foi por ele
observado, permitindo assim que possa compreender melhor as cores primárias, as
cores-pigmento e o processo de impressão por meio da composição de diferentes
pigmentos. Assim, a criação de hipóteses é o enfoque dessas questões e da atividade,
bem como da sua estruturação com base em observação e teste.

1. Diferentemente da composição de luzes, quando se misturam as três cores-pigmento
   obtém-se um tom escuro, quase preto.
2. Uma superfície pintada por uma cor qualquer, quando iluminada por uma luz branca,
   absorve uma série de frequências e reflete outras. Portanto, para obtermos o branco, a
   luz deveria ser totalmente refletida. Por meio de uma mistura de tintas, isso não é
   possível.

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3. Cada pigmento absorve bem uma determinada faixa do espectro visível. Logo,
   quando a luz branca incide sobre cada pigmento, eles absorvem todas as cores
   diferentes da cor do pigmento e refletem as restantes. Assim, quando a luz branca
   perde esses componentes, nós a percebemos como uma determinada cor. Por isso,
   esse processo é chamado de subtrativo, visto que algumas frequências são
   “subtraídas” da luz incidente.
   Professor perceba que aqui, facilmente, surge a questão das cores primárias de tintas.
   Os alunos viram que essas cores são ciano, amarelo e magenta (ou sistema CYM,
   com as iniciais em inglês). Contudo, certamente muitos deles já ouviram dizer que as
   cores primárias para tintas são vermelho, amarelo e azul (ou sistema RYB, também
   com as iniciais em inglês). Isso pode confundir bastante. Assim, explique que o
   sistema RYB surgiu com uma teoria das cores proposta por Leonardo da Vinci.
   Séculos depois, essa teoria mostrou-se cientificamente incorreta, quando foi
   demonstrado que as cores primárias para pigmentos são ciano, amarelo e magenta
   (CYM). Entretanto, pela tradição no mundo das artes, até hoje pode-se encontrar
   artistas e até mesmo livros de arte que usam o sistema RYB. Como artistas, eles
   podem dizer isso, ainda que não seja o correto. Pense nisso como uma “licença
   poética."




Páginas 24 - 25

   Essas questões retomam os três roteiros anteriores.

1. A luz é uma onda eletromagnética.
2. O índice de refração de um material varia com o comprimento de onda da luz que o
   atravessa, e é por isso que ocorre a dispersão. Assim, cada comprimento de onda que
   compõe a luz branca vai apresentar diferentes ângulos de refração ao incidir em um
   material com índice de refração diferente do meio no qual a luz está se propagando,
   por exemplo na mudança do ar para o vidro. O índice de refração está relacionado
   com a intensidade do desvio sofrido pela luz. Como o índice de refração geralmente
   é maior para um comprimento de onda menor, a luz violeta, por exemplo, ao mudar o
   meio de propagação sofre um desvio na direção que vinha se propagando no meio

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  anterior, muito maior do que a luz vermelha quando passa, por exemplo, da água
  para o ar.

 Observação: Se os alunos ainda não foram apresentados ao conceito de dispersão, esta
 é uma boa hora para fazer isso.

3. A luz branca é composta por uma combinação de cores de luz; já a vermelha pode ser
  apenas uma cor de luz. A diferença entre as luzes monocromáticas azul e vermelha
  está na frequência, já que sendo monocromáticas são constituídas de apenas uma cor
  de luz, uma só frequência.
4. A superposição ocorre quando mais de um feixe de luz - incide em um mesmo lugar
  do espaço. Esse fenômeno ocorre com todas as ondas. Quando juntamos as cores,
  obteremos algo próximo do branco. Não vamos obter necessariamente um branco
  “total”, pois tudo vai depender da intensidade de cada uma das cores.
5. Uma cor próxima da preta. Não vamos obter necessariamente o preto, pois tudo
  depende da quantidade de cada pigmento de cada cor utilizado. A cor de pigmento é
  a cor que não é absorvida pelo pigmento, já a cor da luz depende da frequência da
  onda eletromagnética.
6. Vermelha, já que todas as cores brancas e vermelhas ficarão vermelhas e as demais
  ficarão pretas.




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Página 26

   Aproveite essa oportunidade para discutir a utilização do diodo emissor de luz

   (LED), agora presente até nas telas de aparelhos televisores. De uma maneira bem
simplista, é possível descrever o funcionamento do LED como um semicondutor que só
permite a passagem da corrente elétrica em uma única direção. Quando os elétrons
passam pelo LED, podem “cair” numa camada de energia mais baixa e, dependendo do
desnível, acabam emitindo na forma de luz a diferença de energia.




                                                                                          8
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 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3

 SOMBRAS DE VÁRIAS CORES




Páginas 26 - 27
• A questão “Como surge o amarelo no experimento das sombras coloridas?” tem
   como objetivo retomar o experimento e sensibilizar os alunos para a leitura do texto
   que virá na sequência (Luz em nossos olhos). As respostas encontram-se ao longo do
   mesmo.




Páginas 27 - 29

   As questões têm como objetivo retomar o experimento e sensibilizar para o texto, de
modo que as respostas encontram-se ao longo do texto.

1. Em nossos olhos, especificamente na retina, há células sensíveis à luz: os cones e os
   bastonetes. Os cones diferenciam luzes coloridas, enquanto os bastonetes são
   ativados com baixas intensidades luminosas, estando assim associados à
   discriminação de luminosidade.
2. A percepção das cores depende, então, de propriedades dos objetos e da luz que
   incide sobre eles, bem como das características de funcionamento de nossos olhos,
   de nosso sistema nervoso e de nosso cérebro.
3. A luz incide sobre um objeto, parte dela é refletida e, então, os cones e bastonetes
   captam essa informação, que é interpretada pelo cérebro.
4. As cores percebidas são sempre o resultado da interpretação feita pelo cérebro de
   informações provenientes dos três grupos de cones. Talvez aqui esteja a parte mais
   interessante de tudo isso: esse é um processo neurofisiológico. Ou seja, as cores, de
   certa maneira, só existem em nosso cérebro, por mais estranho que isso pareça. Isso
   significa que, ao se tratar da percepção das cores, o cérebro tem um papel

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   importantíssimo em tudo que vemos. Com isso, é preciso deixar claro que a
   percepção das cores depende, então, de propriedades dos objetos e da luz que incide
   sobre eles, bem como das características de funcionamento de nossos olhos, de nosso
   sistema nervoso e de nosso cérebro.




Página 30

 Aqui o aluno vai pesquisar sobre o daltonismo, que, de maneira simplista, pode ser
dito como causado pela deficiência no funcionamento ou mesmo pela ausência de um
ou mais cones. Dessa forma, a percepção das cores pelo olho acontece de forma
incompleta, dificultando ou impedindo a diferenciação de certas cores.




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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4

QUAL LÂMPADA SE USA?




Qual lâmpada se usa?

Páginas 30 - 34

   É possível entender que iluminar tomates com a lâmpada 4, com pico de emissão na
faixa do amarelo/laranja e pouca emissão na faixa do vermelho, por exemplo, poderia
desestimular sua venda. Essa lâmpada não vai realçar o vermelho do produto, porque
emite mais na faixa do amarelo, de modo que haverá uma enorme redução na luz
refletida pelos tomates, podendo até fazê-los perder a aparência de frescos. Assim, as
lâmpadas 1 e 3, mais equilibradas, seriam as mais adequadas, pois elas emitem com
intensidade desde o amarelo até o vermelho. Na iluminação da manteiga, as duas mais
adequadas para realçar fortemente a cor amarela seriam as lâmpadas 2 e 4, pois têm pico
de intensidade no amarelo-laranja. Na iluminação da alface, nenhuma das lâmpadas
apresentadas seria ideal, pois não há uma que emita o verde com muito mais intensidade
que as demais cores. Entretanto, a mais adequada entre as apresentadas seria a lâmpada
5, pois a cor verde é intensa e a emissão do vermelho é razoavelmente baixa. Com
relação à cor da peça de roupa, uma hipótese razoável é que a loja esteja utilizando a
lâmpada 1, que tem o verde pouco intenso e um pico no azul. E, em sua casa, a
iluminação pode estar sendo realizada pela lâmpada 3, na qual o verde é mais intenso e,
embora ela tenha pico no azul, essa cor é menos intensa que a da lâmpada 1.




Página 35
1. O olho humano possui células chamadas cones. Os cones são divididos em três tipos,
   cada um especializado em enxergar uma cor primária em particular (Vermelho,
   Verde e Azul). Dessa forma, podemos escolher melhor a iluminação, de modo a
   favorecer que o olho capte melhor as cores que queremos destacar.

                                                                                        11
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2 e 3. A adequação das lâmpadas está relacionada com o seu espectro de emissão.
   Então, faça-os comparar as frequências de pico na emissão das lâmpadas com a
   curva de reflexão dos produtos. É possível entender que iluminar tomates com a
   lâmpada 4, com pico de emissão na faixa do amarelo/laranja e pouca emissão na
   faixa do vermelho, por exemplo, poderia desestimular sua venda. Essa lâmpada não
   vai realçar o vermelho do produto, porque emite mais na faixa do amarelo, de modo
   que haverá uma enorme redução na luz refletida pelos tomates, podendo até fazê-los
   perder a aparência de frescos.
4. Dependendo da escolha das lâmpadas, as cores dos produtos podem parecer
   diferentes do que se fossem iluminadas por fontes mais usuais, como lâmpadas
   incandescentes ou fluorescentes ou, ainda, pela luz do Sol. Dessa forma, pode-se
   criar ilusões de óptica com a intenção de enganar os consumidores. Professor,
   procure discutir esse tema mostrando que a iluminação pode valorizar um produto ou
   criar uma imagem que engana os sentidos, configurando assim um problema ético.




Página 35

   Aqui é interessante aprofundar os fenômenos de interferência construtiva, destrutiva
e de sobreposição.




                                                                                        12
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 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5

 FAZENDO ONDA… BLOQUEANDO ONDA




Páginas 37 - 38

   As questões têm como objetivo principal o levantamento de hipóteses pelos alunos.
A primeira questão está relacionada com a detecção da onda pelo rádio na produção das
ondas como consequência das cargas em movimento. A segunda permite que o aluno
reflita sobre a geração de ondas eletromagnéticas no experimento. Já a terceira visa
explorar através do universo dos alunos a aplicação de ideias e conceitos relacionados a
ondas eletromagnéticas




Páginas 39 - 40

   O objetivo principal dessas questões é fazer com que os alunos trabalhem a criação
de hipóteses. Na primeira questão é importante perceber que o celular do amigo é o que
está recebendo a onda eletromagnética. Na segunda e terceira, a ideia é fazê-los
perceber que a onda não chega até o equipamento, pois está sendo bloqueada. Na quarta
questão o objetivo é trazer essas discussões para o universo do aluno. Na quinta
questão, os alunos vão sistematizar o que foi aprendido.




Páginas 40 - 41
1. Quando qualquer partícula carregada se move, seu campo a acompanha, pois ele não
   pode ser separado de sua carga.
2. A onda eletromagnética é produzida quando um campo varia; por exemplo, com uma
   carga sendo acelerada.


                                                                                         13
GABARITO                      Caderno do Aluno                    Física – 2a série – Volume 4


3. A luz é uma onda eletromagnética que, diferentemente das ondas de rádio, é passível
   de ser captada por nossos olhos; portanto, toda luz é uma onda eletromagnética, mas
   nem toda onda eletromagnética é visível.
4. O princípio fundamental é que os elétrons que fazem parte de um material condutor,
   ao interagirem com uma onda eletromagnética, passem a gerar uma nova
   configuração de seus campos eletromagnéticos, que acaba por minimizar ou mesmo
   anular a onda que fluiria pelo metal. Dessa forma, uma superfície condutora funciona
   como uma blindagem às ondas eletromagnéticas.
5. A Gaiola de Faraday faz com que uma onda eletromagnética não consiga penetrar em
   seu interior, pelas razões acima expostas. Dessa forma ela é capaz de blindar a
   recepção de uma onda transmitida. Pela mesma razão, se a transmissão for realizada
   de dentro de uma gaiola de Faraday, ela não conseguirá atravessá-la para ser captada
   fora de seus limites.
6 e 7. Para o experimento funcionar é preciso que o material seja condutor (Gaiola de
   Faraday).




Página 41

   A ideia aqui é mostrar que a Gaiola de Faraday serve como um para-raios.
Instalando-se objetos metálicos pontiagudos no telhado das edificações e ligando-os à
uma rede de cabos, que estão do lado externo dos prédios, o aparato funciona como uma
Gaiola de Faraday. Essa Gaiola garante que o raio passe pelos contornos da casa,
“isolando” seu interior. Para que as cargas elétricas do raio possam ser atraídas, utiliza-
se objetos pontiagudos e, para que possam ser escoadas, liga-se a rede de cabos à Terra.
Tudo se passa como no caso do celular envolto com papel-alumínio. No caso dos
carros, que são feitos de materiais condutores, ocorre o mesmo processo.




                                                                                           14
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6

O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO


Página 42

   O objetivo das questões do roteiro é explorar as hipóteses dos alunos, conforme
orientação do Caderno do Professor.




Páginas 43 - 45
1. Em todos os casos é usada uma onda senoidal de frequência definida para a
   transmissão das informações. A diferença está em como essa informação será
   “colocada” na onda: pode ser modulada na amplitude (AM, VHF e UHF) ou na
   frequência da onda (FM). Outra diferença está no valor da frequência da onda: muito
   alta (VHF) ou ultra-alta (UHF).
2. Ambos funcionam a partir da transmissão de ondas eletromagnéticas. Dessa maneira,
   um celular é simplesmente um rádio mais sofisticado, já que possui um transmissor e
   um receptor que podem funcionar simultaneamente. Ele capta centenas de
   frequências diferentes e pode, automaticamente, mudar de uma para outra.
3. O violeta tem a maior frequência e, logo, a maior energia; já o vermelho tem a menor
   frequência e, consequentemente, a menor energia.
4. Para a velocidade constante, a fórmula nos mostra que frequência e comprimento de
   onda são inversamente proporcionais; portanto, quanto maior o comprimento de
   onda, menor será a frequência. Sendo a frequência diretamente proporcional à
   energia, temos que energia e comprimento de onda serão inversamente
   proporcionais, ou seja, quanto maior o comprimento de onda menor a energia e vice-
   versa. Portanto, o infravermelho, com maior comprimento de onda, tem a menor
   energia; já o ultravioleta tem mais energia.
5. Vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta.




                                                                                        15
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Página 45
a) E = h . f onde h é a constante de Planck e vale h = 6,6 ×10-34 J . s.
b) Micro-ondas (108 a 1011 Hz), raio X (1017 a 1020 Hz) e raio γ (1018 a 1024 Hz). Para
   encontrar a energia, basta aplicar a fórmula do item, a.




                                                                                             16
GABARITO                     Caderno do Aluno                   Física – 2a série – Volume 4



SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7

EVOLUINDO CADA VEZ MAIS ...




Páginas 46 - 47

   Nesta Situação de Aprendizagem, as questões são pessoais e têm como objetivo a
formação do pensamento crítico e reflexivo, bem como o exercício da cidadania.




Página 48

   As respostas para as questões 1, 2 e 3 são pessoais e devem, portanto, ser bastante
diferentes. O objetivo aqui é fazer com que os alunos percebam a importância do uso
consciente das tecnologias, discutindo assim seus benefícios e prejuízos. Além disso,
visando à necessidade de trabalhar a alfabetização científica, é preciso que os alunos
percebam a importância de compreender diferentes aspectos relacionados ao
conhecimento científico, permitindo assim que possam exercer sua cidadania por meio
de uma postura crítica e reflexiva diante dos diferentes discursos apresentados por
políticos, pelo governo e por diferentes meios de comunicação. A primeira questão trata
da necessidade de investimento em ciências de base como caminho para o crescimento
científico e tecnológico de uma nação. A segunda diz respeito à importância do
desenvolvimento de conhecimentos para a humanidade. A última versa sobre a
alfabetização tecnológica e o acesso aos conhecimentos científicos.




                                                                                         17
GABARITO                     Caderno do Aluno                 Física – 2a série – Volume 4




Página 48

   Professor, nesta etapa final, os alunos deverão escrever um texto argumentativo
apresentando os prós e contras do desenvolvimento científico e tecnológico. É preciso
então que eles juntem o que foi discutido e trabalhado nas últimas aulas com
informações relevantes sobre o tema e com suas próprias opiniões. A ideia é fazer com
que eles reflitam sobre a necessidade ou não de haver investimentos em ciências e na
educação científica no Brasil. Assim, perceba que você deve incentivá-los a realizar
uma pesquisa sobre o tema em diferentes jornais, o que irá ajudá-los a obter
informações para abalizar suas opiniões.




                                                                                       18

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  • 1. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1 A CAIXA DE CORES Páginas 3 - 4 Nesta etapa, desejamos reconhecer os conhecimentos prévios para trabalhar conceitos relacionados com a luz e suas propriedades. A ideia é permitir que os conteúdos a serem trabalhados nas aulas estejam relacionados a elementos retirados do próprio universo dos estudantes. Páginas 4 - 7 Para discutir essas perguntas, retome a ideia apresentada de que uma cor depende exclusivamente do pigmento que tinge o objeto. Se isso fosse verdade, independentemente do que ocorresse, todos deveriam então ver a mesma cor em cada uma das figuras. Com isso, você poderá começar a discutir o que é cor. Na primeira questão, a ideia é fazer os alunos perceberem que a cor que vemos em um objeto depende fortemente da luz que o ilumina. Assim, quando se muda a luz, muda-se a cor percebida. Logo, na segunda questão, o objetivo é fazê-los perceber que sempre comparamos as cores a partir de objetos expostos à luz branca, ou seja, a do Sol ou de lâmpadas de cor branca. Já nas duas últimas questões, respectivamente, a banana ficaria escura e o papel branco ficaria verde. Ou seja, a cor resulta de um tipo de exposição e não de uma propriedade do objeto. O correto seria dizer que um objeto parece “vermelho” e não que é “vermelho”. Com essas discussões, tem-se o “mote” para iniciar a fase seguinte, que apresentará a decomposição da luz branca. Coloração por reflexão Páginas 8 - 9 As questões têm como objetivo retomar o experimento e sensibilizar os alunos para o texto. As respostas encontram-se ao longo do texto. 1
  • 2. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 Coloração por transmissão Página 9 A resposta está no texto subsequente. O objetivo principal é fazer com que os alunos levantem hipóteses e se sensibilizem para a leitura do texto. Páginas 9 - 10 Para a primeira questão, tenha como base o texto “O que é a cor?” Aqui o objetivo é explorar o que o aluno acredita que seja a cor, já que essa questão será retomada depois. As questões 2, 3, 5 e 6 estão relacionadas com os textos “Coloração por reflexão” e “Coloração por transmissão”. Na última questão é interessante explorar a ideia da cor negra como ausência de reflexão ou transmissão, bem como a escuridão como ausência de luz. É importante ressaltar que a cor de um objeto depende de suas propriedades, mas também do tipo de iluminação utilizada. Já a questão 4 ressalta que, quando a luz incide sobre qualquer objeto, três processos podem acontecer: reflexão, absorção e transmissão da luz. Página 10 Nessa atividade, os alunos, em grupo, deverão elaborar um relatório contendo o que foi observado e os possíveis problemas encontrados. Na síntese do que foi aprendido, deve estar explícita a influência da cor da luz incidente na percepção de um objeto colorido, ressaltando a ideia de que sua cor não é apenas uma propriedade intrínseca e imutável dos materiais. 2
  • 3. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2 DECOMPONDO E MISTURANDO LUZES E CORES Página 11 O objetivo das questões do roteiro é explorar a criação de hipóteses dos alunos. Páginas 12 - 17 A questão da página 14 tem como objetivo explorar a criação de hipóteses pelos alunos e será respondida no texto “Ondas eletromagnéticas”. 1. Chamamos a luz branca de policromática, ou seja, essa luz é composta de várias cores. Já uma luz monocromática é aquela composta de uma única cor, como um laser. 2. Alternativas (a), (c) e (d). 3. Toda carga elétrica tem associada a ela um campo elétrico, que pode ser pensado como uma propriedade sua. Esse campo preenche todo o espaço e representa uma zona de influência elétrica que se estende até o infinito. Um campo não pode ser desassociado de sua carga, ou seja, é impossível separar um do outro. 4. Os campos elétricos e magnéticos variáveis geram um ao outro e são emitidos pela carga em movimento como uma onda eletromagnética. Essa é a “coisa” detectada, por exemplo, quando você liga um rádio ou atende a uma chamada no celular. 5. O índice de refração de um material varia com o comprimento de onda da luz que o atravessa é por isso que ocorre a dispersão. Assim, cada comprimento de onda que compõe a luz branca vai apresentar diferentes ângulos de refração ao incidir em um material com índice de refração diferente do que ela estava, por exemplo, ao passar do ar para o vidro. Como o índice de refração geralmente é maior para um 3
  • 4. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 comprimento de onda menor, a luz violeta se desvia muito mais do que a luz vermelha quando passa, por exemplo, da água para o ar. Página 18 Aqui é importante o aluno perceber a relação entre o fenômeno e a dispersão da luz. Página 18 As questões 1,2 e 3 têm como objetivo retomar as atividades anteriores, permitindo que os alunos iniciem a formulação de hipóteses. Além disso, elas foram formuladas a fim de sensibilizá-los para o experimento que será realizado a seguir. Explicações mais detalhadas de como explorar essas questões com os alunos podem ser localizadas no Caderno do Professor na Situação de Aprendizagem 2. Página 20 Nesta etapa, esperamos que as hipóteses dos alunos estejam mais bem formuladas do que inicialmente, visto que as discussões sobre luz e cores já foram iniciadas. Assim, espera-se que as hipóteses comecem a se adequar aos resultados dos experimentos, o que dará estrutura para que os alunos respondam às três primeiras questões (1- vermelho, verde e azul; 2- vermelho e verde; e 3 - vermelho e azul). A questão 4, como o enunciado revela, pretende trabalhar as hipóteses criadas pelos alunos a seguir. Perceba, entretanto, que a sistematização desses conceitos só se dará no texto seguinte: “Soma de luzes coloridas”. Páginas 20 - 21 1. Na Física, dizemos que o magenta é a cor oposta ou complementar ao verde, o amarelo é oposto/complementar ao azul e o ciano é oposto/complementar ao vermelho. Dessa forma, ao “somar” os opostos obtemos o branco. Assim, ao 4
  • 5. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 compormos fontes de luz vermelha, verde e azul, obtemos o branco; por isso, chamamos essas três cores-luz de cores primárias. 2. Essa sigla corresponde a red, green e blue, os nomes em inglês das cores-luz primárias. A partir da mistura de diferentes porcentagens dessas três cores, obtêm-se todas as outras. 3. Aqui é importante o aluno perceber o preto como a ausência de luz. 4. Ao compormos vermelho, verde e azul obtemos o branco; por isso, chamamos essas três cores-luz de cores primárias. Por meio da “soma” dessas luzes pode-se obter todas as outras. Páginas 22 Aqui é importante o aluno perceber a relação entre o fenômeno da superposição e a cor percebida quando misturamos luzes de cores diferentes. Páginas 22 - 23 As respostas das questões presentes em “Mãos à obra!” estão relacionadas com as observações realizadas pelos alunos ao longo da atividade. Apenas nas duas últimas etapas do roteiro o aluno deve fazer uma reflexão com base no que foi por ele observado, permitindo assim que possa compreender melhor as cores primárias, as cores-pigmento e o processo de impressão por meio da composição de diferentes pigmentos. Assim, a criação de hipóteses é o enfoque dessas questões e da atividade, bem como da sua estruturação com base em observação e teste. 1. Diferentemente da composição de luzes, quando se misturam as três cores-pigmento obtém-se um tom escuro, quase preto. 2. Uma superfície pintada por uma cor qualquer, quando iluminada por uma luz branca, absorve uma série de frequências e reflete outras. Portanto, para obtermos o branco, a luz deveria ser totalmente refletida. Por meio de uma mistura de tintas, isso não é possível. 5
  • 6. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 3. Cada pigmento absorve bem uma determinada faixa do espectro visível. Logo, quando a luz branca incide sobre cada pigmento, eles absorvem todas as cores diferentes da cor do pigmento e refletem as restantes. Assim, quando a luz branca perde esses componentes, nós a percebemos como uma determinada cor. Por isso, esse processo é chamado de subtrativo, visto que algumas frequências são “subtraídas” da luz incidente. Professor perceba que aqui, facilmente, surge a questão das cores primárias de tintas. Os alunos viram que essas cores são ciano, amarelo e magenta (ou sistema CYM, com as iniciais em inglês). Contudo, certamente muitos deles já ouviram dizer que as cores primárias para tintas são vermelho, amarelo e azul (ou sistema RYB, também com as iniciais em inglês). Isso pode confundir bastante. Assim, explique que o sistema RYB surgiu com uma teoria das cores proposta por Leonardo da Vinci. Séculos depois, essa teoria mostrou-se cientificamente incorreta, quando foi demonstrado que as cores primárias para pigmentos são ciano, amarelo e magenta (CYM). Entretanto, pela tradição no mundo das artes, até hoje pode-se encontrar artistas e até mesmo livros de arte que usam o sistema RYB. Como artistas, eles podem dizer isso, ainda que não seja o correto. Pense nisso como uma “licença poética." Páginas 24 - 25 Essas questões retomam os três roteiros anteriores. 1. A luz é uma onda eletromagnética. 2. O índice de refração de um material varia com o comprimento de onda da luz que o atravessa, e é por isso que ocorre a dispersão. Assim, cada comprimento de onda que compõe a luz branca vai apresentar diferentes ângulos de refração ao incidir em um material com índice de refração diferente do meio no qual a luz está se propagando, por exemplo na mudança do ar para o vidro. O índice de refração está relacionado com a intensidade do desvio sofrido pela luz. Como o índice de refração geralmente é maior para um comprimento de onda menor, a luz violeta, por exemplo, ao mudar o meio de propagação sofre um desvio na direção que vinha se propagando no meio 6
  • 7. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 anterior, muito maior do que a luz vermelha quando passa, por exemplo, da água para o ar. Observação: Se os alunos ainda não foram apresentados ao conceito de dispersão, esta é uma boa hora para fazer isso. 3. A luz branca é composta por uma combinação de cores de luz; já a vermelha pode ser apenas uma cor de luz. A diferença entre as luzes monocromáticas azul e vermelha está na frequência, já que sendo monocromáticas são constituídas de apenas uma cor de luz, uma só frequência. 4. A superposição ocorre quando mais de um feixe de luz - incide em um mesmo lugar do espaço. Esse fenômeno ocorre com todas as ondas. Quando juntamos as cores, obteremos algo próximo do branco. Não vamos obter necessariamente um branco “total”, pois tudo vai depender da intensidade de cada uma das cores. 5. Uma cor próxima da preta. Não vamos obter necessariamente o preto, pois tudo depende da quantidade de cada pigmento de cada cor utilizado. A cor de pigmento é a cor que não é absorvida pelo pigmento, já a cor da luz depende da frequência da onda eletromagnética. 6. Vermelha, já que todas as cores brancas e vermelhas ficarão vermelhas e as demais ficarão pretas. 7
  • 8. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 Página 26 Aproveite essa oportunidade para discutir a utilização do diodo emissor de luz (LED), agora presente até nas telas de aparelhos televisores. De uma maneira bem simplista, é possível descrever o funcionamento do LED como um semicondutor que só permite a passagem da corrente elétrica em uma única direção. Quando os elétrons passam pelo LED, podem “cair” numa camada de energia mais baixa e, dependendo do desnível, acabam emitindo na forma de luz a diferença de energia. 8
  • 9. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3 SOMBRAS DE VÁRIAS CORES Páginas 26 - 27 • A questão “Como surge o amarelo no experimento das sombras coloridas?” tem como objetivo retomar o experimento e sensibilizar os alunos para a leitura do texto que virá na sequência (Luz em nossos olhos). As respostas encontram-se ao longo do mesmo. Páginas 27 - 29 As questões têm como objetivo retomar o experimento e sensibilizar para o texto, de modo que as respostas encontram-se ao longo do texto. 1. Em nossos olhos, especificamente na retina, há células sensíveis à luz: os cones e os bastonetes. Os cones diferenciam luzes coloridas, enquanto os bastonetes são ativados com baixas intensidades luminosas, estando assim associados à discriminação de luminosidade. 2. A percepção das cores depende, então, de propriedades dos objetos e da luz que incide sobre eles, bem como das características de funcionamento de nossos olhos, de nosso sistema nervoso e de nosso cérebro. 3. A luz incide sobre um objeto, parte dela é refletida e, então, os cones e bastonetes captam essa informação, que é interpretada pelo cérebro. 4. As cores percebidas são sempre o resultado da interpretação feita pelo cérebro de informações provenientes dos três grupos de cones. Talvez aqui esteja a parte mais interessante de tudo isso: esse é um processo neurofisiológico. Ou seja, as cores, de certa maneira, só existem em nosso cérebro, por mais estranho que isso pareça. Isso significa que, ao se tratar da percepção das cores, o cérebro tem um papel 9
  • 10. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 importantíssimo em tudo que vemos. Com isso, é preciso deixar claro que a percepção das cores depende, então, de propriedades dos objetos e da luz que incide sobre eles, bem como das características de funcionamento de nossos olhos, de nosso sistema nervoso e de nosso cérebro. Página 30 Aqui o aluno vai pesquisar sobre o daltonismo, que, de maneira simplista, pode ser dito como causado pela deficiência no funcionamento ou mesmo pela ausência de um ou mais cones. Dessa forma, a percepção das cores pelo olho acontece de forma incompleta, dificultando ou impedindo a diferenciação de certas cores. 10
  • 11. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4 QUAL LÂMPADA SE USA? Qual lâmpada se usa? Páginas 30 - 34 É possível entender que iluminar tomates com a lâmpada 4, com pico de emissão na faixa do amarelo/laranja e pouca emissão na faixa do vermelho, por exemplo, poderia desestimular sua venda. Essa lâmpada não vai realçar o vermelho do produto, porque emite mais na faixa do amarelo, de modo que haverá uma enorme redução na luz refletida pelos tomates, podendo até fazê-los perder a aparência de frescos. Assim, as lâmpadas 1 e 3, mais equilibradas, seriam as mais adequadas, pois elas emitem com intensidade desde o amarelo até o vermelho. Na iluminação da manteiga, as duas mais adequadas para realçar fortemente a cor amarela seriam as lâmpadas 2 e 4, pois têm pico de intensidade no amarelo-laranja. Na iluminação da alface, nenhuma das lâmpadas apresentadas seria ideal, pois não há uma que emita o verde com muito mais intensidade que as demais cores. Entretanto, a mais adequada entre as apresentadas seria a lâmpada 5, pois a cor verde é intensa e a emissão do vermelho é razoavelmente baixa. Com relação à cor da peça de roupa, uma hipótese razoável é que a loja esteja utilizando a lâmpada 1, que tem o verde pouco intenso e um pico no azul. E, em sua casa, a iluminação pode estar sendo realizada pela lâmpada 3, na qual o verde é mais intenso e, embora ela tenha pico no azul, essa cor é menos intensa que a da lâmpada 1. Página 35 1. O olho humano possui células chamadas cones. Os cones são divididos em três tipos, cada um especializado em enxergar uma cor primária em particular (Vermelho, Verde e Azul). Dessa forma, podemos escolher melhor a iluminação, de modo a favorecer que o olho capte melhor as cores que queremos destacar. 11
  • 12. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 2 e 3. A adequação das lâmpadas está relacionada com o seu espectro de emissão. Então, faça-os comparar as frequências de pico na emissão das lâmpadas com a curva de reflexão dos produtos. É possível entender que iluminar tomates com a lâmpada 4, com pico de emissão na faixa do amarelo/laranja e pouca emissão na faixa do vermelho, por exemplo, poderia desestimular sua venda. Essa lâmpada não vai realçar o vermelho do produto, porque emite mais na faixa do amarelo, de modo que haverá uma enorme redução na luz refletida pelos tomates, podendo até fazê-los perder a aparência de frescos. 4. Dependendo da escolha das lâmpadas, as cores dos produtos podem parecer diferentes do que se fossem iluminadas por fontes mais usuais, como lâmpadas incandescentes ou fluorescentes ou, ainda, pela luz do Sol. Dessa forma, pode-se criar ilusões de óptica com a intenção de enganar os consumidores. Professor, procure discutir esse tema mostrando que a iluminação pode valorizar um produto ou criar uma imagem que engana os sentidos, configurando assim um problema ético. Página 35 Aqui é interessante aprofundar os fenômenos de interferência construtiva, destrutiva e de sobreposição. 12
  • 13. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5 FAZENDO ONDA… BLOQUEANDO ONDA Páginas 37 - 38 As questões têm como objetivo principal o levantamento de hipóteses pelos alunos. A primeira questão está relacionada com a detecção da onda pelo rádio na produção das ondas como consequência das cargas em movimento. A segunda permite que o aluno reflita sobre a geração de ondas eletromagnéticas no experimento. Já a terceira visa explorar através do universo dos alunos a aplicação de ideias e conceitos relacionados a ondas eletromagnéticas Páginas 39 - 40 O objetivo principal dessas questões é fazer com que os alunos trabalhem a criação de hipóteses. Na primeira questão é importante perceber que o celular do amigo é o que está recebendo a onda eletromagnética. Na segunda e terceira, a ideia é fazê-los perceber que a onda não chega até o equipamento, pois está sendo bloqueada. Na quarta questão o objetivo é trazer essas discussões para o universo do aluno. Na quinta questão, os alunos vão sistematizar o que foi aprendido. Páginas 40 - 41 1. Quando qualquer partícula carregada se move, seu campo a acompanha, pois ele não pode ser separado de sua carga. 2. A onda eletromagnética é produzida quando um campo varia; por exemplo, com uma carga sendo acelerada. 13
  • 14. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 3. A luz é uma onda eletromagnética que, diferentemente das ondas de rádio, é passível de ser captada por nossos olhos; portanto, toda luz é uma onda eletromagnética, mas nem toda onda eletromagnética é visível. 4. O princípio fundamental é que os elétrons que fazem parte de um material condutor, ao interagirem com uma onda eletromagnética, passem a gerar uma nova configuração de seus campos eletromagnéticos, que acaba por minimizar ou mesmo anular a onda que fluiria pelo metal. Dessa forma, uma superfície condutora funciona como uma blindagem às ondas eletromagnéticas. 5. A Gaiola de Faraday faz com que uma onda eletromagnética não consiga penetrar em seu interior, pelas razões acima expostas. Dessa forma ela é capaz de blindar a recepção de uma onda transmitida. Pela mesma razão, se a transmissão for realizada de dentro de uma gaiola de Faraday, ela não conseguirá atravessá-la para ser captada fora de seus limites. 6 e 7. Para o experimento funcionar é preciso que o material seja condutor (Gaiola de Faraday). Página 41 A ideia aqui é mostrar que a Gaiola de Faraday serve como um para-raios. Instalando-se objetos metálicos pontiagudos no telhado das edificações e ligando-os à uma rede de cabos, que estão do lado externo dos prédios, o aparato funciona como uma Gaiola de Faraday. Essa Gaiola garante que o raio passe pelos contornos da casa, “isolando” seu interior. Para que as cargas elétricas do raio possam ser atraídas, utiliza- se objetos pontiagudos e, para que possam ser escoadas, liga-se a rede de cabos à Terra. Tudo se passa como no caso do celular envolto com papel-alumínio. No caso dos carros, que são feitos de materiais condutores, ocorre o mesmo processo. 14
  • 15. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6 O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO Página 42 O objetivo das questões do roteiro é explorar as hipóteses dos alunos, conforme orientação do Caderno do Professor. Páginas 43 - 45 1. Em todos os casos é usada uma onda senoidal de frequência definida para a transmissão das informações. A diferença está em como essa informação será “colocada” na onda: pode ser modulada na amplitude (AM, VHF e UHF) ou na frequência da onda (FM). Outra diferença está no valor da frequência da onda: muito alta (VHF) ou ultra-alta (UHF). 2. Ambos funcionam a partir da transmissão de ondas eletromagnéticas. Dessa maneira, um celular é simplesmente um rádio mais sofisticado, já que possui um transmissor e um receptor que podem funcionar simultaneamente. Ele capta centenas de frequências diferentes e pode, automaticamente, mudar de uma para outra. 3. O violeta tem a maior frequência e, logo, a maior energia; já o vermelho tem a menor frequência e, consequentemente, a menor energia. 4. Para a velocidade constante, a fórmula nos mostra que frequência e comprimento de onda são inversamente proporcionais; portanto, quanto maior o comprimento de onda, menor será a frequência. Sendo a frequência diretamente proporcional à energia, temos que energia e comprimento de onda serão inversamente proporcionais, ou seja, quanto maior o comprimento de onda menor a energia e vice- versa. Portanto, o infravermelho, com maior comprimento de onda, tem a menor energia; já o ultravioleta tem mais energia. 5. Vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. 15
  • 16. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 Página 45 a) E = h . f onde h é a constante de Planck e vale h = 6,6 ×10-34 J . s. b) Micro-ondas (108 a 1011 Hz), raio X (1017 a 1020 Hz) e raio γ (1018 a 1024 Hz). Para encontrar a energia, basta aplicar a fórmula do item, a. 16
  • 17. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7 EVOLUINDO CADA VEZ MAIS ... Páginas 46 - 47 Nesta Situação de Aprendizagem, as questões são pessoais e têm como objetivo a formação do pensamento crítico e reflexivo, bem como o exercício da cidadania. Página 48 As respostas para as questões 1, 2 e 3 são pessoais e devem, portanto, ser bastante diferentes. O objetivo aqui é fazer com que os alunos percebam a importância do uso consciente das tecnologias, discutindo assim seus benefícios e prejuízos. Além disso, visando à necessidade de trabalhar a alfabetização científica, é preciso que os alunos percebam a importância de compreender diferentes aspectos relacionados ao conhecimento científico, permitindo assim que possam exercer sua cidadania por meio de uma postura crítica e reflexiva diante dos diferentes discursos apresentados por políticos, pelo governo e por diferentes meios de comunicação. A primeira questão trata da necessidade de investimento em ciências de base como caminho para o crescimento científico e tecnológico de uma nação. A segunda diz respeito à importância do desenvolvimento de conhecimentos para a humanidade. A última versa sobre a alfabetização tecnológica e o acesso aos conhecimentos científicos. 17
  • 18. GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 4 Página 48 Professor, nesta etapa final, os alunos deverão escrever um texto argumentativo apresentando os prós e contras do desenvolvimento científico e tecnológico. É preciso então que eles juntem o que foi discutido e trabalhado nas últimas aulas com informações relevantes sobre o tema e com suas próprias opiniões. A ideia é fazer com que eles reflitam sobre a necessidade ou não de haver investimentos em ciências e na educação científica no Brasil. Assim, perceba que você deve incentivá-los a realizar uma pesquisa sobre o tema em diferentes jornais, o que irá ajudá-los a obter informações para abalizar suas opiniões. 18