Transcript ATIVIDADES PRÁTICAS DE ASTRONOMIA PLANETÁRIO DO CARMO MONITORES Dezembro - Janeiro - 2005

ATIVIDADES PRÁTICAS DE ASTRONOMIA
PLANETÁRIO DO CARMO
MONITORES
Dezembro - Janeiro - 2005
BASES DE APOIO:
1- PCNs;
2- Livros didáticos e publicações erradas;
3- Impacto da mídia;
4- Pesquisas sobre ensino de Astronomia;
5- Vivência astronômica.
ATIVIDADES:
1- Rosa dos ventos;
2- Relógio de garrafa;
3- Projeção solar;
4- Escalas solar.
ROSA-DOS-VENTOS
Breve histórico
Para os antigos navegantes a vela o “sopro” dos
ventos constituíam um dos principais marcadores
de direções.
Desde o século I a.C., os chineses utilizavam
papagaios para indicar a direção do vento,
elaborando assim uma complexa classificação dos
24 ventos sazonais.
ROSA-DOS-VENTOS
Com o tempo, o vento tornou-se sinônimo de
direção. Assim, as bocejadas dilatadas existentes
nos mapas, não eram apenas adornos, mas sim
orientação para as navegações.
Convém saber que os antigos navegadores não
utilizavam os graus existentes nas bússolas atuais
e sim os ventos para se orientarem, daí o nome
ROSA-DOS-VENTOS.
ROSA-DOS-VENTOS
Bússola
A inserção das agulhas magnéticas foram
utilizadas por volta do século III a.C.
Na Grécia antiga, as rosas-dos-ventos
compreendiam 2, 4, 8, ou 12 rumos ou ventos.
Mais tarde, na primeira metade do século XV
surgiram 16 ventos ou rumos.
ROSA-DOS-VENTOS
Franceses X Ingleses
No século XVIII a paternidade da bússola fora
motivo de desavenças entre franceses e ingleses.
Franceses:
Norte ser indicado por uma flor-de-lins.
(brasão da cidade)
Ingleses:
Bússola deformação em inglês da
palavra boxel (pequena caixa).
ROSA-DOS-VENTOS
Na verdade a palavra bússola provém do siciliano
bussola (caixa), na qual os venezianos devem ter
trazidos de suas viagens ao Oriente.
Colombo, Vasco da Gama e Cabral utilizavam uma
rosa-dos-ventos seca desenhadas com losangos,
triângulos e flechas que marcavam os 32 rumos ou
ventos. Colocavam a agulha imantada sobre uma
taça redonda e então com o papel da rosa-dosventos determinavam o Norte-Sul.
ROSA-DOS-VENTOS
Na taça era desenhada o que era chamada de
“linha da fé” que representava a direção Norte.
Quando a agulha mostrava sinal de cansaço,
ou seja, já não apontava corretamente para a
“linha da fé”, logo era substituída por outra
agulha imantada.
Para se ter uma idéia, na sua viagem da
circunavegação, Magalhães carregou consigo
35 agulhas de reserva.
ROSA-DOS-VENTOS
Construindo uma Bússola
Material necessário:
1 agulha de costura;
1 imã;
1 tigela de água;
1 pedaço pequeno de papel.
ROSA-DOS-VENTOS
Construindo uma Bússola
1. Friccione a ponta da agulha pelo
imã, indo sempre na mesma
direção;
2. Coloque a agulha no centro do
papel;
3. Coloque o papel no centro da tigela
com água.
ROSA-DOS-VENTOS
Ao contrário das bússolas antigas que marcavam
apenas o Norte através da flor-de-lins, as bússolas
atuais são marcadas com siglas representando os
pontos cardeais, colaterais e até sub-colaterais,
quando não, apresentam os ângulos
correspondentes, a saber:
ROSA-DOS-VENTOS
Azimute:
Posicionando-se em direção ao Norte estaremos
começando uma contagem de 360o em torno de um
ponto central. A estes valores chamamos de
azimute, onde os valores dos pontos cardeais e
colaterais são:
ROSA-DOS-VENTOS
Pontos
Norte
Nordeste
Leste
Sudeste
Sul
Sudoeste
Oeste
Noroeste
Valor (Graus)
0
45
90
135
180
225
270
315
ROSA-DOS-VENTOS
Norte (N)
0o
Noroeste (NW)
315o
Nordeste (NE)
45o
Oeste (W)
270o
Leste (E)
90o
Sudoeste (SW)
225o
Sudeste (SE)
135o
Sul (S)
180o
ROSA-DOS-VENTOS
Aplicações vivenciais
1- Orientação global;
ROSA-DOS-VENTOS
Norte
Nordeste
Centro-Oeste
Sudeste
Sul
ROSA-DOS-VENTOS
ROSA-DOS-VENTOS
2 – Construção de casas;
ROSA-DOS-VENTOS
3 – Varal.
O
L
ROSA-DOS-VENTOS
N
2
O
4
1
3
S
5
L
ROSA-DOS-VENTOS
1- Marcar a sombra da manhã no chão produzida
pelo Gnômon;
2- Construir a circunferência com o centro no
Gnômon passando pela sombra da manhã;
3- Realizar uma marca no chão quando a sombra
da tarde “tocar” na circunferência;
4- Traçar a linha Leste-Oeste sobre as marcas
realizadas nos itens 1 e 3;
5- Entre o Gnômon e a mediana dos itens 1 e 3,
traçar a linha Norte-Sul.
ROSA-DOS-VENTOS
Meio-dia real
N
O
L
S
ROSA-DOS-VENTOS
Sombra no eixo Norte
(Hemisfério Norte)
N
O
L
S
Sombra no eixo Sul
(Hemisfério Sul)
ROSA-DOS-VENTOS
N
Pólo Norte
Magnético
NE
NO
L
O
SE
SO
S
ROSA-DOS-VENTOS
N
PNG
Declinação Magnética = -20.055
(São Paulo - 17h - 27 nov 2005)
PNM
NO
Fonte: http://www.stargazing.net/AstroTips/portugues/efemerides.html
MoonCalc 6.X
ROSA-DOS-VENTOS
Nascer e pôr do Sol – Leste e Oeste?
Equinócio de Outono
20/03/05
Para todos – São Paulo
ROSA-DOS-VENTOS
20/04/05
ROSA-DOS-VENTOS
Solstício de Inverno
21/07/05
ROSA-DOS-VENTOS
21/08/05
ROSA-DOS-VENTOS
Equinócio de Primavera
22/09/05
ROSA-DOS-VENTOS
22/10/05
ROSA-DOS-VENTOS
Solstício de Verão
21/12/05
ROSA-DOS-VENTOS
21/01/06
ROSA-DOS-VENTOS
ROSA-DOS-VENTOS
EO
SV
EP
SI
GNÔMON
Do grego Gnômon significa conhecer.
Gnômon é qualquer haste que deve estar
perpendicular ao chão armada de
preferência num chão plano horizontal e
sem interferência de objetos que
produzam sombra no espaço.
Através da sombra produzida por esta
haste, é possível:
GNÔMON
1- observar o deslocamento e tamanho da sombra
ao longo do dia para entender o movimento
aparente do Sol;
2- observar o deslocamento e tamanho da sombra
ao longo do ano e com isso compreender as
estações do ano;
3- verificar o deslocamento do Sol ao longo do ano
pelos pontos cardeais e colaterais e
compreender a importância do eixo de inclinação
da Terra e sua relação com as estações do ano;
GNÔMON
4- comparar e discutir o tamanho da sombra x
temperatura;
5- relacionar o deslocamento da sombra com o
cotidiano;
6- determinar a latitude local e entender a
importância desse valor para posição terrestre e
astronômica, utilizando instrumentos
geométricos, trigonometria ou softwares de
simulação astronômica;
GNÔMON
7- relacionar a latitude com o nascer e pôr do Sol
nas diferentes regiões do mundo;
8- compreender e obter o meio-dia real e sua
relação quanto ao tamanho da sombra e o eixo
meridional;
9- discutir as diferenças existentes entre os dois
hemisférios quanto a posição da sombra e as
estações do ano;
10- comparar o meio-dia real com os relógios
convencionais através do nascer e ocaso do
Sol;
GNÔMON
11- determinar pelo método de Eratóstenes o raio
da Terra, assim como sua “circunferência” e
volume;
12- inserir o conceito de Sol a pino;
13- outras.
GNÔMON
Movimento diurno aparente do Sol
Ao longo do dia o Sol descreve um movimento
aparente que quando observado pelo Gnônom
pode-se perceber sua trajetória.
Linha de Solstício de Verão
Linha do Equinócio de
Primavera e Outono
Linha de Solstício de Inverno
GNÔMON
Verão
O
1
3
L
2
Figura fora
de escala
GNÔMON
Primavera
Outono
O
L
1
2
3
Figura fora
de escala
GNÔMON
Inverno
O
L
1
2
3
Figura fora
de escala
GNÔMON
Sol a pino = sombra zero, de um poste na vertical.
Para localidades inseridas a exatos 23,5o do
equador, norte ou sul, o Sol fica a pino somente no
solstício de verão (ao meio dia solar, quando o Sol
passa pelo meridiano do lugar).
C.P.
T.C.
Solstício de verão
E
T.Cp.
C.P.
Solstício de verão
GNÔMON
Para localidades entre o trópicos do equador
terrestre (e), norte ou sul (-23,5º < e < 23,5o) , o Sol
fica a pino somente dois dias ao ano.
Esses dias estão simetricamente dispostos em
relação ao solstício de verão e tanto mais
próximos do dia desse solstício quanto mais
próxima da latitude 23,5º estiver a localidade.
C.P.
T.C.
E
T.Cp.
C.P.
Dois dias do ano
(referência solstício de verão)
GNÔMON
Caso Belo Horizonte 2002
Fonte: http://www.observatorio.ufmg.br/pas44.htm
Por Prof. Renato Las Casas
GNÔMON
Data
Sol indo para o Sul
Ângulo entre os raios solares e a
vertical (ao meio dia solar)
18/nov/02
0,5º
Sol ao norte
19/nov/02
0,3º
Sol ao norte
20/nov/02
0,1º
Sol ao norte
21/nov/02
0,1º
Sol ao sul
22/nov/02
0,4º
Sol ao sul
23/nov/02
0,6º
Sol ao sul
GNÔMON
Sol voltando para o Norte
Data
Ângulo entre os raios solares e a
vertical (ao meio dia solar)
19/jan/93
0,5º
Sol ao sul
20/jan/93
0,3º
Sol ao sul
21/jan/93
0,1º
Sol ao sul
22/jan/93
0,2º
Sol ao norte
23/jan/93
0,4º
Sol ao norte
24/jan/93
0,6º
Sol ao norte
GNÔMON
Sol voltando para o Norte
Conclusão:
Com uma boa tolerância podemos dizer que o Sol
passará a pino sobre Belo Horizonte por alguns
dias nos dias 21 de novembro e 21 de janeiro.
E mais ...
GNÔMON
Sol voltando para o Norte
Data
Nascer
Pôr
21/janeiro
"Sol a Pino"
05h 32m 18h 39m
20/março
Equinócio
05h 58m 18h 05m
21/junho
Solstício Inverno
06h 28m 17h 24m
23/setembro
Equinócio
05h 43m 17h 50m
21/novembro
"Sol a Pino"
05h 06m 18h 14m
22/dezembro
Solstício Verão
05h 13m 18h 33m
GNÔMON
Localidades sobre o equador terrestre, têm o Sol a
pino exatamente nos equinócios de outono e
primavera, e somente só.
C.P.
T.C.
E
T.Cp.
C.P.
Equinócios de
outono e primavera
GNÔMON
Localidades acima de 23,5º do equador terrestre,
ao norte ou ao sul, nunca têm o Sol a pino.
C.P.
Nunca tem Sol a pino
T.C.
E
T.Cp.
C.P.
Nunca tem Sol a pino
GNÔMON
Para saber mais:
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S01
02-47442003000100008
GNÔMON
Latitude local
Na parte superior do
Gnômon, amarre o
barbante e estique-o até a
sombra formada pelo
Gnômon.
Chão
Gnômon
Exatamente nos Equinócios, ao meiodia real, pode-se medir a latitude
geográfica local, utilizando o gnômon.
Sombra formada
pelo Gnômon
GNÔMON
Com o auxílio do transferidor, meça o
ângulo formado entre o barbante e o
Gnômon.
Transferidor
j
Gnômon
A medida a
fornecida pelo
transferidor é a
latitude
geográfica local.
Projeção Solar
Com o auxílio do telescópio refrator será observado o Sol e
suas possíveis manchas solares de forma indireta.
Projeção Solar
Sol
• Estrela de tamanho relativamente pequena e brilho fraco
se comparada com outras existentes;
• Sua luz demora 8´30” para chegar a Terra;
• Formado por uma massa de gases quentes;
• Temperatura:
Centro ~ 20.000.0000C
Superfície ~ 6.000oC
Projeção Solar
• Rotação diferenciada:
Mais rápida no equador ~ 24d6h (terrestres)
Mais lenta nos pólos ~ 34 dias terrestres
• Não está fixo e arrasta consigo todo sistema solar;
• Diâmetro equatorial = 1,392 x 106 km
• Em proporção, “cabem cerca de 109 Terras”.
Projeção Solar
Manchas solares
FOTOSFERA: Aparentemente a olho nu e com
instrumentos de baixa precisão a superfície solar é
bastante uniforme. A origem das manchas foi
erroneamente atribuída, no passado, a possíveis:
montanhas ou a nuvens ou a satélites do Sol. Embora a
sua formação não esteja totalmente desvendada,hoje sabese que ela está intimamente relacionada com o campo
magnético do Sol, cuja intensidade média é de 1 Gauss,
mas chega a ter milhares de Gauss nas regiões das
manchas.
Projeção Solar
A teoria mais aceita atualmente considera a rotação
diferencial do Sol (~25 dias no equador e ~35 dias nos
pólos) como fator principal para a formação das manchas
solares. A rotação do Sol, no equador, arrasta lateralmente
as linhas de campo magnético. A cada rotação, as linhas
magnéticas aproximam-se mais uma das outras
culminando numa repulsão de partículas e no aumento do
fluxo magnético.
Projeção Solar
Isso acarreta na expulsão de gases da fotosfera (camada
visível do Sol) na direção das linhas de campo magnético
que dela emergem devido ao laço magnético formado. Nas
regiões saída e reentrada dos laços formados, possuem
polaridades opostas e nelas aparecem as manchas
solares. Sua baixa temperatura se deve ao desvio das
correntes de convecção por causa do campo magnético.
As manchas formadas na fotosfera estão sob o topo das
correntes de convecão solar e possuem uma temperatura
média de 4300K, com uma coloração avermelhada
(embora, por contraste com a fotosfera, na observação elas
pareçam negras). Essa temperatura é bem menor que os
usuais 6000K da fotosfera nas regiões ausentes das
manchas.
Projeção Solar
O campo magnético intenso formado provoca o desvio das
correntes de convecção para regiões circunvizinhas que se
tornam mais quentes e brilhantes, são as fáculas.
Projeção Solar
As linhas de campo magnético tendem a se torcerem
primeiro no equador solar, o que explica porque as
manchas não são usualmente encontradas em latitudes
superiores a 40°. Seu tamanho varia de 1.500 a 100.000Km,
segundo o estágio de sua evolução. A sua estrutura pode
comportar uma região central (escura) denominada umbra
e um contorno acinzentado denominado penumbra.
Projeção Solar
Henrich Schabe em 1843 constatou que o número de
manchas na fotosfera sofre variações periódicas. Num
período de 4,6 anos observou o máximo e manchas e em
outro período de 6,4 anos observou-se o mínimo de
manchas. Analisando estes dados ele chegou a conclusão
que o Sol tem um ciclo de 11 anos. A partir de 1755 as
observações de outros astrônomos confirmaram a
hipótese de Schwabe. O ciclo completo de atividade solar
dura o dobro desse intervalo. Num processo que regenera
continuamente os campos magnéticos - chamado dínamo inicia-se nos pólos magnéticos do Sol. Enquanto o campo
dos pólos originais desaparece, o campo torcido regenera
os campos magnéticos, mas agora com polaridade oposta.
Projeção Solar
Ao repetir-se o mecanismo, retornamos aos campos
originais de polaridade, assim completando um ciclo
magnético solar de 22 anos.
Projeção Solar
Geralmente as manchas são
encontradas próximas umas às
outras, formando um grupo. Mas
se existir uma única mancha
isolada, ela também constitui um
grupo. Essa classificação das
manchas solares em grupos
desenvolvida por Waldemeier é
extremamente importante
quando se usa um coeficiente de
contagem, desenvolvido por
Rudolf Wolf, chamado de
número de Wolf, como indicativo
da atividade solar cíclica.
Projeção Solar
A atividade solar magnética compreende várias formas de
manifestações como os grânulos, as protuberâncias, as
fáculas e a manchas. Estas são as mais fáceis de serem de
observadas, podendo, em época de grande atividade,
serem vistas sem instrumentos.
Projeção Solar
O que isso tem haver comigo?
A energia contida nos arcos magnéticos
pode ser libertada de forma explosiva
aquecendo os plasmas da coroa solar a
muitos milhões de graus. A animação
ilustra este fenômeno, que resulta daquilo
a que se chama reconexão magnética, um processo
através do qual os campos magnéticos do Sol se
simplificam, libertando grandes quantidades de energia
nas bandas dos raios-X (fulgurações) e expelindo grandes
quantidades de matéria a velocidades de alguns milhões
de km por hora (as expulsões de matéria coronal).
Projeção Solar
Mas... o que isso tem haver comigo?
Alencastro, Laban, Carlos Guilherme cientistas do
Mackenzie diz que as radiações x e ultravioleta não
chegam à superfície da Terra, portanto não afetam
diretamente a população. “Mas têm influência direta no que
estiver fora da atmosfera, como, por exemplo, (...)”
•satélites artificiais (interferências nas telecomunicações);
•seres humanos em órbita;
•deformações da coroa solar;
Projeção Solar
Foi com o advento da física solar que desenvolveram-se
dois ramos importantes da física e astronomia: a
eletrodinâmica dos gases ionizantes e a espectroscopia.
Fazendo-se uma espectroscopia do Sol (estudo da
decomposição da luz) obtém-se um espectro mais extenso
que o das estrelas que estão mais distantes, podendo-se
assim saber com mais precisão onde estão exatamente as
raias de absorção para cada elemento químico do Sol e
com isso o ciclo de vida das estrelas.
Projeção Solar
Dentro da atmosfera:
•auroras austrais e boreais;
•ação direta sobre a vida humana ???
Como percebemos, ainda faltam respostas para o
intrincado conjunto dos efeitos do Sol sobre a Terra e por
conta da importância do estudo em foco, há um programa
de colaboração internacional voltado para clima, tempo e
sistema solar terrestre, os efeitos da atividade solar e do
regime interplanetário no clima da Terra. E milhares de
outros experimentos que tentam descobrir cada vez mais
os segredos da Terra e do Sol.
Projeção Solar
O que é e como estudar?
Se colocado um anteparo quadriculado e desenhado o Sol
e suas manchas ao longo de alguns dias, poderemos
verificar:
O movimento de rotação do Sol;
O comportamento das manchas solares.
Projeção Solar
Como se faz?
Projetar a imagem do Sol em uma folha de papel branco é
um método de observação que embora omita alguns
detalhes como pequenas manchas e fáculas, tem a grande
vantagem de permitir uma observação em grupo. É
bastante seguro, desde que:
PERIGO
• a buscadora do instrumento (se houver) esteja coberta.
• Em hipótese alguma deve-se olhar diretamente pela
ocular sob risco de cegueira irreversível.
Projeção Solar
• Só se usa oculares do tipo Huygens. Outros tipos de
oculares que sejam compostas por um conjunto de lentes
coladas (como as ortoscópicas, por exemplo) podem ter a
cola que as une derretida com conseqüente inutilizarão a
ocular.
Projeção Solar
Um anteparo de madeira com presilhas ou imantada é
preso a uma haste de metal que deve ser de algum modo
acoplado à luneta. Então a luneta deve ser colocada de tal
forma que a sombra por ela projetada seja a menor
possível. Nesse ponto, o Sol estará alinhado com o
instrumento e sua imagem se projetará no papel
previamente preso ao anteparo.
O ambiente semi-escuro facilita a visualização das
manchas que podem ser cuidadosamente reproduzidas
num gabarito por meio de desenhos.
Projeção Solar
Um exemplo de gabarito
Nebulosidade: estimada dividindo-se
o céu em oito partes e avaliando a
olho nu quantos oitavos estão
encobertos.
Seeing: estabilidade da imagem, pode
ser visualizado pela trepidação das
bordas na imagem do Sol.
SEEING
Condição
1
Excelente
2
Bom
3
Regular
4
Ruím
5
Pessímo
Projeção Solar
P - Inclinação do Eixo do Sol
Bo - Latitude Solar
Lo - Longitude Solar
Diâmetro da circunferência = 15cm
A circunferência representa a
fotosfera solar e nela desenhamos as
manchas.
Projeção Solar
Após contar e classificar as manchas, estas são
desenhadas em lápis 6B e esfuminho no gabarito. Pode-se
então, iniciar a próxima etapa, isto é, o calculo do Número
de Wolf através da fórmula:
W = k · (10 · g + m)
Onde:
W = Número de Wolf
k = Constante do instrumento
g = Número de grupos
m = Número de manchas
Pode-se usar k=1 para facilitar trabalho, uma vez que o
calculo do K depende tanto do instrumento como do
"seeing".
Projeção Solar
Resultados CDA
Projeção Solar
Fontes:
• http://www.cdcc.sc.usp.br/cda/ensino-fundamentalastronomia/sistema-solar/sol.html
• http://www.portaldoastronomo.org/tema5.php
• www.mackenzista.com.br/rev32/pg22a23.pdf
• http://www.cdcc.sc.usp.br/cda/producao/sbpc94/
Relógio Solar de Garrafa
Objetivo:
Proporcionar ao aluno o entendimento do movimento do
Sol na esfera celeste e conseqüentemente como é possível
determinar as horas do dia através de um relógio solar de
simples construção.
Relógio Solar de Garrafa
Material:
• Garrafa de plástico transparente e lisa;
• Barbante;
• Palito;
• Folha;
• Régua;
• Tesoura;
• Caneta.
Relógio Solar de Garrafa
Procedimento:
1. Meça a circunferência da garrafa de plástico;
2. Com o valor obtido divida por 24 (H);
3. Construa uma tira de papel com as seguintes medidas:
largura = 4 cm
comprimento = metade da circunferência da garrafa
adicionado 1 cm
4. Na tira marque 13 riscos espaçados de medida H;
Relógio Solar de Garrafa
5. Nos riscos, escreva os números de 6 à 18 em ordem
inversa;
6. Cole a tira no meio da garrafa com os
riscos voltados para dentro;
7. Faça um furo no centro da tampa e no
centro do fundo da garrafa;
8. Passe o barbante de um extremo ao outro da garrafa,
esticando bem e amarrando bem com o palito;
9. DICA - Para esticar mais ainda o barbante, abra um
pouco a tampa.
Relógio Solar de Garrafa
Utilização:
Para utilizar o relógio de Sol devemos conhecer a:
•
Latitude local (S.P. = 23.533 (S) = 23º 33' (S) );
•
Direção Norte-Sul
• Alinhamento:
Tampa voltada para o Sul
na linha Norte-Sul
• Inclinação:
Latitude local
Relógio Solar de Garrafa
Conceitos:
Com essa atividade podemos explorar:
Conceito sobre latitude;
Movimento aparente do Sol;
Rosa-dos-ventos;
Fuso horário;
Hora civil e astronômica;
Horário de verão;
Analema;
Equação do tempo ...
Relógio Solar de Garrafa
Fontes:
• Planetário de São Paulo;
• http://paginas.terra.com.br/lazer/zeca/sci/relogio_garrafa.
htm
• http://paginas.terra.com.br/lazer/zeca/sci/analemma.html
• http://perso.wanadoo.fr/blateyron/sundials/gb/index.html