Objetos de Aprendizagem sobre Energias Renováveis em formato .gif

Usina Solar Pedagógica

Usina Solar Pedagógica

Projeto Usina Solar Pedagógica
Por Walder Antonio Teixeira

Introdução

O que é um uma Usina Solar?
Uma Usina Solar é uma usina de produção de energia elétrica que usa o Sol como fonte. Existem vários tipos de usinas solares (em inglês: Solar Power Plants):
Temos Usinas Solares que usam semicondutores que transformam a energia solar diretamente em eletricidade. Este tipo de tecnologia chama-se tecnologia fotovoltaica (Photovoltaic) ou simplesmente “PV”. Outro tipo de tecnologia de Usina Solar é a Usina Solar Térmica. Este tipo de tecnologia se divide em vários segmentos:

- Concentradores parabólicos.
- Torre Solar de aquecimento de fluídos.
- Torre Solar de aquecimento de ar.

Os concentradores parabólicos refletem a luz do sol para um ponto focal ou uma linha focal onde um fluido é aquecido. O fluido aquece água até a temperatura de ebulição, e o vapor gerado movimenta uma turbina. Esta turbina por sua vez, movimenta um gerador que produz eletricidade.
A Torre Solar de aquecimento de fluídos usa o mesmo método, com a diferença de usar múltiplos espelhos planos que orientam a luz do sol para uma torre. Esta torre aquece um fluído que por sua vez aquece aquece água gerando vapor que movimenta uma turbina que movimenta um gerador que produz eletricidade.
Este tipo de tecnologia, “as Torres Solares” evoluíram tanto, que já existem algumas que continuam funcionando até à noite.
Essas torres usam depósitos de sal fundido à altíssimas temperaturas. Esse depósito continua aquecendo serpentinas de água durante toda a noite produzindo vapor e conseqüentemente, eletricidade.

A tecnologia que usaremos em nosso projeto é a de PV, ou seja, tecnologia fotovoltaica. O sistema que construiremos no nosso projeto não é uma usina, mas um sistema de geração de energia com painel fotovoltaico que é semelhante aos sistemas que são usados em residências, edifícios e empresas. Esses sistemas podem ser ligados à rede de energia e fornecer energia à rede quando sua produção é maior que o consumo. Para o sistema ser ligado à rede, é necessário que o usuário pague pela instalação de outro relógio ou medidor que irá medir a sua produção de energia, e também o seu sistema deverá passar por uma inspeção para que a empresa de energia possa aprovar. Por fornecer energia à rede, o usuário poderá obter desconto em sua conta de energia.
A situação descrita acima, ou seja, com o usuário passando de consumidor para consumidor/produtor de energia, é algo novo e está descrita em uma Resolução Normativa da ANEEL.
A Resolução Normativa Nº 482 de 17 de abril de 2012, descreve as normas para as empresas e residências que quiserem produzir sua própria energia renovável e disponibilizá-la para a rede local e nacional de energia. Esta resolução serve tanto para placas solares como para geradores eólicos e mini-hidrelétricas.

Existe, portanto, a possibilidade da escola aumentar as placas e integrar-se à rede de energia elétrica da sua cidade. Assim, a escola pode, além de fazer um projeto pedagógico, fazer também um investimento que irá trazer retorno diminuindo a sua conta de luz. Depois de alguns anos, o investimento se paga.

Justificativa

A justificativa principal para implantar esse nosso projeto em uma escola, é mostrar ao aluno do terceiro ano do ensino médio, que está estudando eletricidade na disciplina de física, como funciona uma usina solar. Assim, abrimos uma discussão sobre a produção de eletricidade, e também sobre sustentabilidade pois a energia solar é uma energia renovável. A sustentabilidade tem caráter multidisciplinar e a física, uma disciplina tão isolada, insere-se com este projeto neste contexto multidisciplinar gerando discussões sobre matriz energética, poluição, efeito estufa, economia verde, etc.
É preciso lembrar que a sustentabilidade será o tema politico e econômico principal do século XXI, pois desse tema dependerá a nossa existência.

Objetivos

O principal objetivo ou objetivo geral deste projeto é propiciar ao aluno um contato com a área experimental no mundo da energia clareando o seu entendimento, tando com relação a eletricidade, como com a produção de energia renovável.
Os objetivos específicos são:

- Discutir sobre energias renováveis e seu papel para sustentabilidade nos três aspectos:

1.Sustentabilidade econômica.
2.Sustentabilidade social.
3.Sustentabilidade ambiental ou ecológica.

- Na disciplina “Física”, discutir e conceituar o funcionamento de uma célula fotovoltaica e o efeito fotoelétrico.
- Discutir e conceituar as tecnologias solares térmicas e o efeito estufa (Ecologia e Biologia).
- Com os materiais: Manipular, medir e calcular as potências, correntes e tensões dos componentes da nosso sistema de energia solar chamado de “Usina Solar Pedagógica”.

Duração das Atividades

Como as atividades incluem-se em um projeto de escola integral, elas serão realizadas no contra turno e não irão atrapalhar o andamento das aulas. Como só há um kit do material a ser usado, os alunos formarão grupos de no máximo cinco. Cada turma irá precisar de vários dias para que cada grupo faça o experimento. Depois do experimento, haverá encontros com todos os alunos para juntar os dados e fazer os gráficos, além de estudos teóricos sobre outras formas de energia solar, outras energias renováveis e a análise das contas de luz do colégio e dos alunos.
Tudo pode ser feito em um mês, totalizando umas 40 horas a 60 horas entre encontros teóricos dados pelos professores, trabalho em grupo e experimento.

Metodologia

Usamos o método da experimentação e manipulação com os objetos de estudo, aulas expositivas dadas por palestrantes ou professores e o trabalho em grupo.
Na nossa visão, é importante trazer para o ambiente escolar as relações econômicas, sociais e culturais em que o aluno vive. Então, baseado em algumas premissas de Paulo Freire, como a conscientização do aluno perante o meio social e político onde ele vive, a visão crítica e a idéia de que o saber está sempre em construção, tentamos, mostrar ao aluno a problemática do modelo energético e da matriz energética mundial e brasileira, e a participação e importância que ele, o aluno, poderá e pode ter neste processo.
O estudo da conta de luz da sua casa, a descoberta de que existe uma agência reguladora (ANEEL) para a qual ele pode, enquanto consumidor e cidadão, levar suas denúncias e reclamações em caso de abuso das empresas de energia, transforma esse nosso aluno de agente passivo a um agente ativo e questionador, ou seja, um verdadeiro cidadão.

Material Didático

O kit básico, além do projetor para dar uma palestra sobre energia solar, compõe-se de uma placa fotovoltaica, um inversor e alguns aparelhos de consumo para testes como um pequeno aparelho de som ou uma mini TV. Um multímetro se faz necessário para fazer as medições do sistema quando estiver em operação.
- Placa fotovoltaica de 30 a 50 W de potência e saída em torno de 12 Vcc.
- Inversor de 100 W ou mais, entrada de 12 Vcc e saída 127 Vca ou 220 Vca, 60 Hz.
- Multímetro analógico com testes para corrente, tensão e resistência.
- Papel milimetrado.
A placa fotovoltaica é conhecida como PV (do inglês Photovoltaic), ou tecnologia PV.
É preciso lembrar que a soma das potências, dos aparelhos que serão ligados ao mesmo tempo ao sistema, não ultrapasse a potência da placa. Por segurança, para ter certeza de funcionar, é melhor que os aparelhos de carga não ultrapassem a metade do valor de potência da placa, pois pode haver pouca luminosidade no dia, ou algum outro problema.

Sistema simples com placas e inversor 

O inversor de freqüência é um aparelho que transforma corrente contínua em corrente alternada na freqüência de 60 Hz, igual a corrente que temos em nossa rede pública de eletricidade. A entrada do inversor é por volta 12 Volts de corrente contínua e a saída pode ser de 120 ou 220 Volts de corrente alternada na freqüência de 60 Hz. 
Em um sistema mais aprimorado podemos usar um controlador de carga e uma bateria para que o sistema continue funcionando à noite. O controlador de carga abastece a bateria e fornece a tensão adequada à entrada do inversor.

Sistema com controlador de carga e bateria 

Procedimento

Antes de tudo é preciso discutir com a comunidade escolar a possibilidade de execução do projeto devido as suas características multidisciplinares. Todos devem participar da discussão, seja a direção da escola, os professores e os alunos.
As atividades começam com o professor e os alunos analisando os dados de suas contas de eletricidade. Aí entram os conceitos de medição, consumo, Quilowatt/hora (Kw/h), etc.
Em seguida, deve ser dada uma palestra introdutória sobre energia solar, através da qual os alunos e professores terão contato com os vários tipos de aproveitamento da energia solar, como: Painéis fotovoltaicos, captadores térmicos para aquecimento de água ou de ambiente, fornos solares, concentradores solares parabólicos, concentradores tipo torre, etc.
Paralelamente as atividades citadas anteriormente, os professores de biologia e química podem expor em suas aulas informações sobre efeito estufa, concentração de CO2 na atmosfera, metano, poluição do ar e aquecimento global.
Finalmente, o professor de Física, ou tutor de tecnologia, deve dividir os alunos em grupos de trabalho para que eles possam utilizar o equipamento em horários diferentes.
Os alunos fazem, com o multímetro, as medições de corrente e tensão enquanto o sistema está funcionando. Este procedimento deve ser repetido várias vezes ao dia em horários diferentes.
Com as medidas das tensões fornecidas, os alunos devem fazer as contas relativas a potência consumida, com o monitoramento do professor de Física. Eles montam seus gráficos em papel milimetrado e depois passam os gráficos para o Calc ou Excel com o auxilio do professor de informática.
No final do processo os alunos e o professor ou professores deverão discutir os resultados em sala de aula.

Levantamento de Dados e Resultados

Um questionário pode ser feito para saber o que cada um aprendeu neste projeto seja professor ou aluno. Neste questionário, deve ter além de questões objetivas, questões subjetivas, também, e que informem se houve realmente uma maior aproximação entre professor e aluno, professor e professor, e aluno e aluno. 
Com os resultados pode-se publicar o questionário, gráficos, fotos e vídeos de todas as etapas do trabalho, colocar a experiência em murais ou no blog do colégio ou da turma.

Uma Pequena Discussão

É difícil dizer até onde o projeto irá nos levar, mas com certeza todos teremos muita a aprender não só sobre eletricidade ou energia solar, ou sustentabilidade, mas também uns com os outros. Introduzir uma conta de luz na projeto, traz o mundo do aluno para a sala de aula e inclui um aprendizado de cidadania na disciplina de Física, e porque não em Biologia e Matemática. Assim, entramos no caminhos da multidisciplinaridade.

Projeto Arcade Escolar

Projeto Arcade Escolar

Introdução

O que é um Arcade?

Um Arcade é uma máquina de jogos elétricos ou eletrônicos feita para uso comercial em casas de games. Geralmente é uma máquina grande, pois além do jogo ela precisa ser robusta para agüentar o uso por muitas pessoas diferentes. Além disso, ela precisa ter um controle de cobrança. Antigamente este tipo de controle era feito com fichas e hoje em dia usa-se cartão magnético ou cartão de código de barras.

Conhecido no Brasil com o nome de Fliperama, o Arcade pode ser de dois tipos: Pimball ou vídeo game. As antigas máquinas de Pimball eram somente elétricas, ou melhor, eletromecânicas, não tendo componentes eletrônicos. Hoje, além de eletrônicas, todas essas máquinas são digitais. No caso das máquinas Arcade com vídeo, elas evoluíram junto com a evolução dos videogames caseiros e das tecnologias de computação, tanto em hardware como em software.

A tecnologia de jogos digitais evoluiu bastante, e hoje podemos ter em casa jogos em videogames, em nossos computadores, em nossos aparelhos celulares e até nos tablets.

Mas se podemos ter videogames em casa e jogos em nossos computadores pessoais, como as máquinas Arcades continuaram no mercado? Como as casas de games, que não são LAN Houses ( Local Área Network) com computadores ligados a internet, continuaram a sobreviver?

Essas casas, que costumam se localizar dentro de Shoppings Centers, atraem o público pela capacidade de imersão promovida por seus periféricos. A imersão é uma característica criada em ambientes virtuais, que simulam a realidade: Quanto mais o usuário se sentir dentro do ambiente virtual, mais imerso ele estará. Os periféricos usados para obter esta maior capacidade de imersão são de diversos tipos. Por exemplo: Em um jogo de corrida de automóveis, o jogador entra em um carro de tamanho quase real, com pneus, direção e até pedais. Ele observa o jogo em uma tela grande que fica no local dos pára-brisas do automóvel. Neste meio, o jogador se sente como se estivesse realmente dentro de um automóvel e dentro deste mundo virtual.

Mas para que ter um Arcade em uma escola?

O objetivo não é ter um aparelho Arcade na escola, se fosse assim, bastaria que a escola comprasse um.

Os objetivos do projeto serão discutidos a seguir.

Justificativa

A justificativa principal para implantar um projeto desses em uma escola, é mostrar que o que se aprende no laboratório de informática da escola, não fica restrito ao próprio laboratório, pode-se ir mais além. O Arcade pode ser um braço do laboratório ao mesmo tempo em que está fora dele. O computador emulado dentro do Arcade pode estar ligado na rede do laboratório e também poderia acessar a internet e os blogs dos alunos e professores. Com o projeto, tanto os alunos como os professores passariam a ver as mídias digitais de uma outra forma. Não como algo fechado dentro do laboratório, mas como algo que pode estar dentro da sala de aula e fora dela, e ao mesmo tempo ensinar e divertir.

“Ensinar e aprender é divertido!”.

Neste contexto deste projeto entram os jogos que ensinam, entra, também, o fascínio que uma máquina Arcade exerce na criança e no adolescente, mas principalmente a aproximação entre os professores e alunos, pois as máquinas Arcade fazem parte da história de várias gerações. Portanto a comunidade escolar tem muito a ganhar com este projeto.

  

Objetivos

A idéia principal deste projeto é conseguir uma máquina Arcade antiga (uma carcaça), e transformá-la em uma máquina funcional, desenvolvendo nos alunos a capacidade de trabalho em grupo, a reciclagem de materiais, a pesquisa, e o trabalho manual e, também, o trabalho com tecnologia. É um projeto feito para o professor de informática, ou o professor responsável pelo laboratório de informática tomar a frente, mas como tem caráter multidisciplinar outros professores devem participar.  

No trabalho manual os alunos irão aprender a recuperar a carcaça mexendo com madeira, tintas, desenho para fazer um novo layout para a máquina.

Os circuitos antigos têm de ser removidos e um computador pode ser emulado dentro da máquina de modo que quem for ver a máquina depois de pronta, não saberá que há um computador dentro dela.

Um grupo de alunos ficará responsável pelo hardware e a instalação do computador dentro da máquina, outro pela pesquisa de jogos e pela a implantação de um ou mais jogos na máquina.

O grupo de alunos que estiver encarregado do jogo deverá pesquisar jogos que tenham uma boa jogabilidade e que sejam instrutivos ao mesmo tempo. Deve ser discutido com a comunidade escolar que tipo de jogo a máquina deverá conter. Existem jogos relacionados à Química, à Física, à Ecologia, à Geografia, à Língua Portuguesa, etc.

A comunidade escolar, também pode decidir onde ficará a máquina (no grêmio estudantil, por exemplo), e quando poderá ser usada (recreio) e quais os critérios de uso e quem é que pode usar.

O aprendizado se fará, tanto pelos alunos como pelos professores, e uma série de habilidades pode ser trabalhada no processo de materialização do projeto.

A utilização do laboratório de informática é fundamental, pois na internet temos muita informação sobre o assunto, desde como ligar um teclado Arcade em um teclado de computador até saber de que época a máquina (carcaça) era e qual a tecnologia que foi usada. A história e o desenvolvimento dos programas de computador, e dos jogos eletrônicos, é muito rica e muito interessante, tanto na área do desenvolvimento científico como na área do empreendedorismo.

Procedimento

Antes de tudo é preciso discutir com a comunidade escolar a possibilidade de execução do projeto e as suas características multidisciplinares. Todos devem participar da discussão, seja a direção da escola, os professores e os alunos.

O primeiro passo é achar uma máquina antiga. Pode ser em um ferro velho ou sucata, como pode ser comprada uma antiga que não precisa estar em funcionamento. Na internet existem muitas à venda. Eu comprei a minha por R$ 300,00.

Carcaça de um Arcade

O segundo passo montar os grupos de trabalho entre os alunos e depois avaliar o que pode ser aproveitado ou não.

Em seguida começa o trabalho de limpeza, conserto, pintura e acabamento. No acabamento, devem-se decidir as cores ou os possíveis desenhos que devem ornamentar a máquina conforme o tipo de jogo que for escolhido.

Enquanto um grupo, no laboratório de informática, seleciona equipamentos velhos mais que ainda funcionem para colocar dentro da máquina (monitor, CPU, estabilizador, alto-falantes, emulador de teclado ou teclado), um outro grupo pesquisa e discute tipos de jogos.

Uma vez terminado e funcionado, pode-se colocar um controle de jogo. Existem máquinas de leitura de código de barras que custam de um mínimo de R$ 200,00 até R$ 1000,00. Se a escola tiver verba seria muito interessante colocar uma máquina dessas que limitasse o tempo para cada cartão. Muitas coisas poderiam ser aprendidas fazendo este tipo de controle, mas não é uma etapa obrigatória.

Arcade em fase de recuperação

Levantamento de Dados e Resultados

Um questionário pode ser feito para saber o que cada um aprendeu neste projeto seja professor ou aluno. Neste questionário, deve ter além de questões objetivas, questões subjetivas, também, e que informem se houve realmente uma maior aproximação entre professor e aluno, professor e professor, e aluno e aluno.

Como resultados pode-se publicar o questionário, fotos e vídeos de todas as etapas do trabalho, colocar a experiência em murais ou no blog do colégio ou da turma.

      

Uma Pequena Discussão

É difícil dizer até onde o projeto irá nos levar, mas com certeza todos terão muito a aprender, seja na história da computação, na história dos games, na interação entre os envolvidos, na interação entre as disciplinas, na descoberta de novos jogos educativos, no aprendizado de novas habilidades tanto para alunos como para professores.

Para termos uma pequena idéia da riqueza que existe no universo dos jogos, nós podemos citar o jogo Guitar Hero. Este jogo é um jogo de música, onde o jogador pode usar um joystick no formato de uma guitarra com botões, e com ele acompanhar uma música, pois recebe instruções para isso. O jogo tem a possibilidade de ligar com uma bateria elétrica e um microfone, dando a chance de três pessoas tocarem ao mesmo tempo como se fosse uma banda karaokê (modo multplayer). Pode ser que surjam novos talentos musicais na escola com o uso deste jogo.

O interessante neste projeto é que não podemos prever os acontecimentos, como que jogo será instalado, onde ficará a máquina, ou quais habilidades serão desenvolvidas. Mas com certeza uma coisa podemos prever: a junção da diversão com o aprendizado.

Professor Walder Antonio Teixeira

Relógio de Sol

RELÓGIO DE SOL

Fazer um projeto de Relógio de Sol para sua escola é, sem dúvida, algo muito interessante, além de ser uma atividade multidisciplinar, a construção desse tipo de relógio envolve toda a comunidade escolar.

Construir um Relógio de Sol é uma atividade multidisciplinar, porque no projeto os professores terão de passar conceitos de geografia (latitude, longitude, pontos cardeais, etc.), física (astronomia, sistema de unidades e mecânica), matemática (ângulos e medições).

A comunidade escolar é envolvida porque, além dos professores, a direção da escola também tem de participar: Se o relógio solar for definitivo, deve-se escolher um local na escola que não atrapalhe outras atividades e que tenha bastante sol, tanto à tarde como pela manhã. A direção precisa, também, prover recursos, pois um Relógio de Sol definitivo, não pode ser feito com material simples ou reciclado, o Relógio de Sol precisa de cimento, placas de metal, impressão, etc.

Outra forma de produzir um relógio de sol é fazê-lo com material simples e/ou reciclado, este relógio não seria definitivo, ou seja, não faria parte da arquitetura da escola. Depois do projeto ele seria removido. Este tipo de relógio de sol também tem suas características:

• Todo ano pode ser feito um novo projeto com outra turma.
• Pode ser transportado para outros locais para demonstração.

A primeira característica é importante pois pode fazer parte do calendário de eventos multidisciplinares da escola. Já a segunda tem suas restrições, pois ao levar a um lugar onde não tenha sol, ou a um lugar onde não temos a medida exata dos pontos cardeais, ou ainda a um lugar tão distante que tenha mudado, significativamente, a coordenada da latitude local, pode dificultar ou tornar impossível o trabalho.

Para feiras de ciência em locais fechados, onde não há sol, os professores e alunos, terão de mostrar fotos de como o relógio de sol foi construído, banners para explicar como ele funciona e até mesmo, se for possível, simulações no computador, já que o Relógio de Sol será mostrado, mas não poderá ser visto em ação, ou seja, ao sol.

Determinação do Local e da Meridiana

A primeira etapa da construção de um Relógio de Sol é determinar o local onde ele irá ficar, observando se não terá sombra a maior parte do dia. Logo em seguida deve-se determinar os pontos cardeais exatos. O uso de uma bússola magnética não é aconselhado, pois o eixo magnético da terra não está alinhado com o eixo geográfico, existe um fator de correção que depende da coordenada de longitude do local. Por isso usaremos outro método que é mais didático: A determinação da Meridiana Local, ou a linha Norte-Sul.

A determinação da linha Meridiana é importante pois o centro do Relógio de Sol deve estar paralelo a ela e o ponteiro do relógio deve apontar para ela.

Para começar a traçá-la usaremos um fio de prumo, que pode ser de barbante, de mais ou menos um metro de altura, ao qual será amarrado um peso, o qual deverá quase tocar o chão. O fio será amarrado a um suporte conforme a figura a seguir:

Uma vez montado o aparato, marcamos a sombra do barbante no período da manhã com um giz, e traçamos com outro barbante e um giz na ponta, um semicírculo com o raio do tamanho da sombra, e o centro do círculo onde está o início da sombra.

A sombra do barbante irá diminuir e mudar de direção até determinada hora, depois, à tarde, a sombra do barbante começará a aumentar novamente. No momento em que a sobra do barbante tocar o círculo, traçamos um risco para marcar a sombra da tarde. A sombra da manhã e a sombra da tarde formam um ângulo, e a metade deste ângulo nos dá a posição da bissetriz do arco. Essa bissetriz é a própria Meridiana local ou linha Norte-Sul.

Com a linha Norte-Sul (Meridiana) traçada, traçamos, também a linha Leste-Oeste, que é ortogonal à Meridiana. Assim, temos os quatro pontos cardeais traçados no local onde ficará nosso Relógio de Sol.

As atividades acima incluem a noção de ângulo, o uso de fio de prumo, uso de réguas e trenas, uso do transferidor, noções de pontos cardeais e inclinação do eixo da terra em relação ao movimento de translação. Essas noções devem ser dadas pelos professores de matemática e geografia, antes de ir a campo.

Construção do Relógio de Sol

Existem vários tipos de Relógio de Sol, o “horizontal”, o “vertical”, o “polar”, o “equatorial” entre outros. O Relógio que vamos adotar para nossa construção é chamado de “Relógio de Sol Equatorial”. O nome Equatorial significa que o nosso mostrador ou disco com as horas estará sempre paralelo ao plano do equador, e o ponteiro do relógio, também chamado de Gnomon, estará sempre paralelo ao eixo de rotação da terra.

Mas porque esta orientação do disco e do gnomon (ponteiro) é necessária?

A resposta é que a posição do Sol em relação ao local onde estamos varia de acordo com a época do ano. No inverno, aqui no hemisfério Sul, o Sol fica mais inclinado para o Norte ao fazer seu caminho no céu. No verão, o caminho que o Sol faz fica mais inclinado para o centro Sul do céu. Isto produz diferenças nas posições das sombras que são projetadas no chão mudando a marcação das horas. Para corrigir estas diferenças é que nós usamos estes fatores de correção, ou seja, orientamos o Relógio de Sol de acordo com a inclinação da terra. As sombras continuarão diferentes de acordo com a época do ano, mas cairão sempre dentro do mesmo marcador de hora (riscos) do mostrador do Relógio.

Exemplo: Às dez horas da manhã de um dia de verão o gnomon formará uma sombra entre os números 10 e 11 do mostrador. Já quando for dez horas da manhã em um dia de inverno, a sombra do ponteiro (gnomon) será maior, pois o sol estará mais inclinado, mas esta sombra continuará entre os números 10 e 11 do mostrador, ou disco do relógio.

Vamos ver melhor observando a figura a seguir:

θ1 e θ2 são os ângulos relacionados a latitude do local onde está o relógio. Para cada latitude inclinamos o mostrador do Relógio de Sol para que o ponteiro ou gnomon esteja sempre alinhado com o eixo de rotação da terra. Assim ajustamos o Relógio de Sol para que as sombras fiquem dentro da mesma hora no mostrador independente da época do ano.

Uma boa atividade neste momento seria fazer com que os alunos pesquisem sobre as coordenadas de latitude e longitude de sua cidade. Isto poderia ser colocado como um desafio usando o método de Web Quest.

O próximo passo é confeccionar o mostrador do Relógio de Sol: Se o seu Relógio de Sol for definitivo deve-se usar uma placa metálica de bronze, alumínio ou cobre, onde será desenhado o mostrador. Se o seu relógio for simplesmente didático, ou seja, não definitivo, o mostrador deverá ser desenhado em uma folha de papel e posteriormente colado em uma folha de papelão.

Nosso mostrador não precisa ter as 24 horas do dia. Nas latitudes onde se encontra o nosso país basta marcar um intervalo de 6 horas às 18 horas. Existem países que possuem sol até as 22 h no verão, e este assunto, também é interessante colocar para ser discutido em sala de aula.

A figura abaixo mostra como deve ficar o desenho:

Cada semicírculo possui 180 graus dividido em 12 horas, o que nos dá 180/12 = 15 graus. Cada risco será desenhado em um ângulo de 15 graus em relação ao outro. Se adotássemos um Relógio de Sol Horizontal, teríamos que calcular cada traço, pois o desenho dos traços seriam mais complicados.
Porquê duas metades?

Ele deve ser desenhado em duas metades porque o ângulo de inclinação de nosso Relógio de Sol Equatorial deve ser igual a latitude do local. No entanto, algumas latitudes podem ser inferiores ao grau de inclinação do nosso Sol no inverno, passando a fazer sombra do outro lado do Relógio. Portanto, precisamos das duas metades do mostrador: uma fica de um lado e a outra fica do outro.

O papel com os mostradores, deve ser recortado e colado em uma folha de papelão grosso, com o gnomon (ponteiro) de metal atravessando a folha e servindo de ponteiro dos dois lados conforme a figura a seguir:

A outra metade do mostrador deve ser colada do outro lado do papelão.

Ao colar o papel ou desenhar o mostrador, deve-se lembrar que o movimento da sombra sobre o mostrador será anti-horário. Verifique a sombra antes de colar

Se o seu relógio for definitivo os mostradores devem ser colados ou desenhados em uma placa de metal no mesmo formato da figura anterior. O gnomon, também de metal, deve atravessar a placa de metal, ou então deve-se colar um ponteiro de cada lado da placa.

O Relógio de Sol deve ser colado a um suporte que deve ter a inclinação certa. A inclinação possui o mesmo ângulo da latitude local. O suporte onde o relógio deve ser colado deve possuir o seguinte formato:

Este suporte pode ser feito de papelão retirando-se o pedaço relacionado ao ângulo da latitude local “θ”. Note que em nenhuma figura eu coloco as medidas pois o tamanhos do Relógio de Sol e do suporte podem ser escolhidos de acordo com o tamanho de seu projeto, ou seja, pode ser grande ou pequeno, o importante é manter as proporções, direções e os ângulos.

Para o caso de um Relógio de Sol definitivo, este suporte deverá ser feito de concreto e a placa de metal deve ser colada nele. Neste caso será a parte mais importante pois o concreto exige molde de madeira, e o molde já deverá estar alinhado com os pontos cardeais.

Vejam nas figuras a seguir como ficariam os dois Relógios de Sol, o de papelão e o definitivo:

Uma vez colocado em seu lugar, o Relógio de Sol está pronto.

Uma discussão interessante para colocar aos alunos, é sobre o horário local oficial. O horário oficial nem sempre é o verdadeiro, pois depende do fuso, ou seja, a longitude, e a determinação política. Alguns locais tem diferença de até uma ou duas horas. Mas mesmo em locais onde se considera que não há diferença, existem pequenas diferenças pois o horário adotado para toda a extensão de um fuso é o valor da hora no centro do fuso, produzindo pequenas variações de minutos até meia-hora. Novamente temos de recorrer as coordenadas, neste caso a longitude exata para saber as diferenças, este seria um bom assunto para pesquisa.

Para o caso do Relógio de Sol definitivo, pode-se adotar formas mais interessantes, mais bonitas consultando a internet, pois ele será um objeto de decoração em um pátio ou jardim. Recomendo, também, que se faça um pequeno jardim em volta, ou um pequeno murro para isolar o Relógio.

O Relógio não definitivo pode ser demonstrado em uma feira de ciências usando uma lâmpada ou lanterna para mostrar a sombra e sua evolução, tanto durante um dia como no inverno e verão.

Boa sorte a todos os professores e alunos que quiserem fazer o seu Relógio de Sol.

Walder Antonio Teixeira

 Obs: Se você quiser fazer um Relógio de Sol cujo mostrador fique diretamente no chão (Relógio de Sol horizontal com Gnomon Polar). Deve-se usar a seguinte fórmula:

a_h= arco tg ( tg ( h * 15 ) * send)

Onde a_hé o ângulo horário da escala

tg é a tangente

h varia de 0 a 6 para 12 a 18 horas, respectivamente

e d é igual à latitude local.

Este é um relógio mais interessante para praças, pois o mostrador fica direto no chão. O ponteiro ou Gnomon aponta para o sul e tem a inclinação da latitude local. A fórmula é usada da seguinte maneira: O centro ou 12 h é considerado o ângulo zero. A partir dele calcula-se a 1 hora (h=1) e obtém-se o ângulo para traçar a linha da hora (ah) em relação às 12h. As duas horas da tarde (h=2) obtém-se outro ângulo (ah) e assim por diante. Para as horas da manhã basta traçar as mesmas linhas simetricamente.

Experimento: Eletrólise em Solução Aquosa

ELETRÓLISE EM SOLUÇÃO AQUOSA

Por Walder Antonio Teixeixra

Dissociação do NaCl

Os projetos mais interessantes feitos para feira de ciências são aqueles que são multidisciplinares, ou seja, envolvem mais de uma disciplina em sua execução. Alguns são experimentos comuns, mas que, se explorarmos mais a teoria, a demonstração se torna mais interessante.

Um experimento que eu costumava fazer quando tinha meus 12 anos era a eletrólise do sal de cozinha em solução aquosa. É um experimento interessante, pois envolve conhecimentos de Química e Eletricidade.

A eletrólise é caracterizada pelas reações de oxi-redução em uma solução condutora, desde que se estabeleça uma diferença de potencial entre dois ou mais eletrodos mergulhados na solução.

1 - As reações químicas

Quando fazemos a eletrólise do NaCl em solução aquosa, temos o cátion formado pela auto-ionização da água e o ânion do sal.

Mas o que é a auto-ionização da água?

Auto-ionização da água é a água se dividir em íons: H¹⁺ (H₃O¹⁺) e OH^1-

2 H₂O   =>   H₂O   +   H¹⁺   +   OH^1-   =>   H₃O¹⁺   +   OH^1-

Quando dissolvemos sal de cozinha (Cloreto de sódio ou NaCl) na água e aplicamos uma corrente contínua obtemos várias reações:

Reação de Dissociação do NaCl	2 NaCl   =>   2 Na1+   +   2 Cl1-
Reação de auto-ionização da água	2 H2O   =>   2 H1+   +   2 OH1-
Reação no ânodo (elétrodo positivo)	2 Cl1-   =>   Cl2   +   2 e-
Reação no Cátodo (elétrodo negativo)	2 H1+    +   2 e-   =>   H2

Quando eliminamos os fatores iguais de um lado e de outro da reação e efetuamos a soma dos elementos, obtemos a reação global:

Reação de Dissociação do NaCl	2 NaCl   =>   2 Na1+   +   2 Cl1-
Reação de auto-ionização da água	2 H2O   =>   2 H1+   +   2 OH1-
Reação no ânodo (elétrodo positivo)	2 Cl1-   =>   Cl2   +   2 e-
Reação no Cátodo (elétrodo negativo)	2 H1+    +   2 e-   =>   H2
Soma ou Reação global	2 NaCl  +  2 H2O   =>  2 Na1+  +  Cl2   +  H2  +  2 OH1-

Podemos fazer cartazes com os quadros acima para explicar as reações químicas.

2 - Montando a cuba do experimento

Para montarmos o experimento precisamos montar uma cuba para as reações com as seguintes características:

- Vidro ou plástico transparente para podermos visualizar as bolhas de gás que irão se formar. É mais interessante que seja de vidro, pois o vidro é menos reativo. Esse vidro ou plástico será a cuba.

- Dois elétrodos de carvão ou grafite.

- Tubos para o armazenamento dos gases.

O cátodo é o elétrodo negativo e o ânodo é o elétrodo positivo.

Os recipientes para armazenar os gases são interessantes, pois o hidrogênio (H2) é inflamável e durante o experimento nós podemos acendê-lo com um fósforo ou isqueiro para obter uma pequena explosão. Mas podemos retirar esses recipientes e ficar sem a pequena explosão, pois as bolhas de gás já fazem um bom efeito visual. Assim, o experimento fica mais simples.

Quimicamente obteremos: Gás cloro (Cl₂) no ânodo, gás hidrogênio (H₂) no cátodo e soda cáustica ou hidróxido de sódio (NaOH) na solução.

3 – Fazendo a parte elétrica

A parte elétrica do experimento, também é muito simples. Podemos usar pilhas em série, baterias ou eliminadores de pilha como fonte de corrente contínua.

Uma coisa importante: é preciso tomar cuidado, pois a água com sal é um bom condutor elétrico e possui uma resistência elétrica muito pequena. Isto poderá produzir uma corrente muito alta que gastará as pilhas e bateria muito rapidamente. Para evitar este problema pode-se colocar uma resistência em série com o sistema, o que irá diminuir a corrente e dar mais tempo de vida às pilhas. Porém, ao fazer isso também diminuiremos o número de bolhas, diminuindo o efeito visual.

Eu costumava usar uma pequena lâmpada como resistência, que além de diminuir a corrente, indicava que o sistema estava ligado. Hoje em dia um pequeno LED pode fazer essa indicação, e com um potenciômetro, que tem resistência variável, podemos aumentar ou diminuir o número de bolhas.

O esquema elétrico é o seguinte:

O LED vai indicar se o sistema está operante ou não, e também vai dar um aspecto visual mais interessante. O tipo de LED depende dos valores de tensão e corrente do circuito.

O valor do potenciômetro depende das características de seu projeto, tamanho da cuba, a quantidade de corrente no sistema, a voltagem da bateria ou conjunto de pilhas. Faça testes com vários potenciômetros que você aprenderá um pouco mais. Faça contas usando as fórmulas de circuitos elétricos. Faça cartazes com essas contas para enriquecer o seu projeto. Faça medições usando um multímetro. Calcule a resistência da cuba.

Exemplo:

A resistência total do sistema é:

Rt = R_cuba + R_LED + R_Max

Onde, Rt é a resistência total, R_cuba é a resistência da cuba, R_LED é a resistência do LED, R_Max é a resistência do potenciômetro quando está no máximo.

Logo, a corrente quando o potenciômetro estiver no máximo de resistência será dada por:

I = V / ( R_cuba + R_LED + R_Max )

A resistência do potenciômetro quando ele está no mínimo é zero, então o maior valor possível para a corrente será:

I_max = V / ( R_cuba + R_LED )

4 – Dúvidas e cuidados

Um cuidado importante que se deve ter é ao montar o circuito, lembrar que o LED é um diodo semicondutor que deixa a corrente fluir somente em uma direção. Isto quer dizer que ele deve ser ligado da maneira certa. Se ligar o LED ao contrário o circuito não irá funcionar.

É importante soldar os elementos em uma placa ou ponte de terminais: LED, potenciômetro e chave.

Posso usar corrente alternada ligando diretamente na rede elétrica?

Pode, mas precisa de certos cuidados, pois a voltagem é muito alta e pode produzir correntes altas também, pois a resistência da cuba é muito baixa (água e sal). Neste caso coloque uma lâmpada de 40 w em série no sistema como limitador de potência para sua segurança e do próprio sistema.

No caso da corrente alternada, os elétrodos se alternam na função cátodo e ânodo, sessenta vezes por segundo (freqüência de operação da rede), e as bolhas de gás de Cl₂ e H₂ formadas se misturam de ambos os lados, logo você não terá gás cloro de um lado e gás hidrogênio do outro, mas sim uma mistura de ambos nos dois elétrodos.

Não use cartazes feitos à mão, faça no computador e depois cole as partes. Dará um aspecto mais profissional. Se for possível use um computador na sua bancada para mostrar os cartazes na forma de slides.

5 – Conclusões

Você pode produzir um efeito visual com as bolhas e ainda dar uma aula de reações químicas e eletricidade.

É um projeto bastante interessante, pois além de ser multidisciplinar, ele está ligado a importantes processos industriais. Industrias que produzem soda cáustica para outras indústrias químicas, cloro que também é usado em industrias químicas, hidrogênio que pode ser usado como combustível.  

Não Monga! Não!

Walder Antonio Teixeira

Monga a Mulher Macaco e a Reflexão

Existem saltimbancos que percorrem cidades do Brasil para mostrar a transformação da Monga, A Mulher Macaco. Este espetáculo é um show de transmutação bastante conhecido nas cidades do interior, ele é feito em um palco ou uma tenda devidamente preparada.

Os atores montam este palco com uma cela para a mulher que vai se transformar em um animal não fugir. Fazem uma encenação, e então diante de todos a mulher se transforma em um gorila. Em alguns casos a cela se rompe e o gorila sai correndo atrás das pessoas com o locutor desesperado dizendo:

- Não Monga! Não! Eles são seus amigos!

- Pare! Pare Monga!

Finalmente, depois de todos correrem, Monga é dominada pelo domador e o espetáculo termina.

Alguns gostam, outros acham brega, mas o importante é que as crianças adoram sair correndo da monga.

O que pouca gente sabe é que este show de circo e parques de diversão é baseado em uma história real. Julia Pastrana, uma índia mexicana, tinha uma doença conhecida como hipertricose que faz os pelos do corpo crescer em demasia. Julia foi comprada de seus pais ainda criança por um circo de horrores onde era apresentada com o nome de Monga, a mulher gorila, uma aberração. O circo fez muito sucesso nos anos 60, e o dono do circo acabou se casando com ela.

Quando ela morreu o dono do circo mumificou o seu corpo e continuou a apresentar Julia. Atualmente o corpo de Julia e seu filho, que também tinha a mesma doença, encontram-se em um museu na Noruega. 

Mas como o truque da Monga é feito?

O truque é bastante simples, mas requer algum investimento. 

O show inteiro não passa de um truque de iluminação e reflexão, ou seja, basta saber um pouco de Física.

O local onde é apresentado o show tem o seguinte esquema:

  

O teatro ou o local deve estar mais escuro que as lâmpadas da caixa de madeira. Todos vêem a reflexão da mulher no vidro, que pode dar um show de dança antes da transformação.

Logo em seguida, a mulher segura as grades e fica na mesma posição que o gorila em relação às grades. Então, o operador começa a diminuir a luz do local onde está a mulher e começa a aumentar a luz do local onde está o gorila. Como isto é feito lentamente tem-se a impressão que a mulher está se transformando.

No final da operação, o vidro é retirado para o gorila sair.   

No final o gorila rompe a grade e corre atrás das pessoas, terminando a sua performance.

O segredo da Monga:

A imagem do gorila, simplesmente atravessa o vidro quando a sua luz está acesa.

Quando as duas luzes estão acesas, as imagens da mulher e do gorila se misturam, para o observador que está olhando na direção do raio refletido. Logo, tem-se a impressão que a mulher está se transformando em um macaco.

 

Na disciplina de ciências, em salas de aula ou em projetos para feiras, o show da monga pode ser feito como uma maquete para ser demonstrada a reflexão e o que acontece quando se modifica a luz em ambientes divididos por um vidro.

A parte mais complicada ao montar o projeto é confeccionar o circuito elétrico para as luzes. Cada luz será ligada em série a um potenciômetro que controlará a iluminação:

  

O esquema é o mais simples possível, mas ele pode ser aprimorado.

O operador deverá girar o botão do potenciômetro. Isto fará com que a resistência elétrica de um lado do potenciômetro aumente, diminuindo a luminosidade de uma lâmpada, enquanto a resistência elétrica do outro lado diminui fazendo com que a segunda lâmpada aumente a sua luminosidade.

É preciso determinar a resistência ideal do potenciômetro. Ele também deverá suportar 220 Volts.

Se usarmos duas lâmpadas de 60 W, a potência dissipada do sistema sem o potenciômetro será de 120 W a 220 Volts, o que nos dá uma corrente total de 0,5 A.

  

Então que tal fazer uma maquete para seu projeto de ciências ou um palco grande e encenar este show para toda a escola dando uma aula de reflexão. Ou melhor, ainda: que tal fazer seu próprio parque de diversões começando com a MONGA.

MONGA também é ciência!