PLANO DE AULA
Escola: Colégio
“Chafik Saab”
Professores:
Honan Esteves e Mayara Laís Zanon
Turma:
“Da Hora”
Ano/Semestre: 2013/
2º Semestre
Aulas nº:
01 e 02
Data: 29/08/2013
Horário de início e de término da
aula: 21h10min às 22h30
Público Alvo:
2ª Série A do Ensino Médio
Conteúdo
Trataremos neste Plano de Aula
sobre o Efeito Doppler “que constitui o fenômeno
pelo qual um observador percebe frequências diferentes das emitidas por uma
fonte e acontece devido à velocidade relativa entre a onda sonora e o movimento
relativo entre o observador e/ou a fonte” (Transcrito do site Só Física).
Observe
a situação abaixo (Figura 1), em que a fonte sonora (sirene da ambulância) e o
observador estão parados, neste caso o observador ouvirá o som da sirene com a
mesma frequência em todo o momento que a ambulância estiver parada, pois as
ondas sonoras se propagam em todas as direções de maneira uniforme.
Figura 1 – Fonte
Sonora em Repouso
Agora,
veja outra situação (Figura 2), onde o observador está parado e a fonte sonora
se aproxima dele. Neste caso, conforme a ambulância se aproxima do observador,
ele ouvirá cada vez mais alto e agudo, o som da sirene. E isso ocorre, pois ao
se aproximar do observador, a ambulância (em movimento) comprime o ar que se
encontra à sua frente, assim, as ondas emitidas pela sirene ficam acumuladas à
frente da ambulância, fazendo com que a frequência do som seja percebida como
mais alta ao se aproximar do observador.
Figura 2 – Fonte
Sonora se aproximando do Observador
Figura 4 – Fonte Sonora se afastando do Observador
Fonte:
Uol Educação
Explicamos,
então, como ocorre o Efeito Doppler através de situações, analisamos as
situações, comparamo-las com a igualdade λ = v/f , e agora vamos
apresentar uma fórmula que nos ajudará muito na resolução de problemas com o
Efeito Doppler. É a seguinte:
Figura 5 – Fórmula do Efeito Doppler
Fonte: Só Física
Onde
f0 = frequência aparente percebida pelo observador, ff =
frequência real emitida, vf = velocidade da fonte, v = velocidade da
onda sonora.
O sinal de vf é negativo quando a fonte se aproxima do observador e positivo quando a fonte se afasta dele.
O sinal de vf é negativo quando a fonte se aproxima do observador e positivo quando a fonte se afasta dele.
Exemplo
(Acadêmico Rio Grande IFRS): Um automóvel com velocidade constante de
108 km/h passa buzinando por um pedestre parado. A frequência do som
emitido pela buzina é 500 Hz. Sabendo-se que a velocidade do som no ar é
de 340 m/s, determine a frequência do som que o pedestre ouvirá ao ser
ultrapassado pelo veículo.
Para
resolvermos, primeiramente temos que relacionar esses dados com os itens da
fórmula. A velocidade do automóvel de 108 km/h é a velocidade da fonte = vf
(e será positiva, pois no exercício o carro ultrapassa o pedestre, ou seja, se
afasta dele), pois o automóvel buzina então ele é a fonte sonora. A frequência
do som emitida pela buzina é 500Hz, ou seja, é a frequência real emitida = ff.
A velocidade do som no ar é 340m/s, o som no ar nada mais é do que ondas
sonoras se propagando, essa velocidade é a velocidade da onda sonora = v. O
exercício quer saber a frequência do som que o pedestre ouvirá quando for
ultrapassado pelo veículo, ou seja, f0 = frequência aparente
percebida pelo observador. Identificado cada item, é só substituirmos na
fórmula e resolver a equação, encontrando assim a f0. Observe que as
velocidades dadas no exercício estão com unidades de medida diferentes, antes
de substituir na fórmula deve-se transformar uma delas para ficar na mesma
medida da outra (pode multiplicar 340m/s por 3,6 para converter para Km/h).
O Efeito Doppler não ocorre
somente com ondas sonoras (onda mecânica), também é válido para a luz (onda
eletromagnética), ele se manifesta na mudança da cor percebida pelo observador.
Mas o foco desta aula será o Efeito Doppler em ondas sonoras.
Ressaltando que o Efeito Doppler
deve ser ensinado após o conteúdo de “Ondas”, pois está diretamente relacionado
a “Ondas”.
Objetivos
Criar
condições para que os alunos aprendam, por meio de situações do dia-a-dia, o
que é o Efeito Doppler e, assim, não decorem o conteúdo, mas aprendam
verdadeiramente.
Que
os alunos consigam identificar este fenômeno ao caminharem em uma avenida,
andarem de bicicleta, passearem com o cachorro, e em tantas outras situações.
Conceitualmente,
que os alunos percebam que o Efeito Doppler está estreitamente relacionado ao
conteúdo de “Ondas” e que tem muita importância para a sociedade, tanto na
Medicina, quanto na Astronomia e até mesmo em previsões do tempo.
Metodologia
Nossa
aula será realizada de acordo com a Metodologia da Mediação Dialética (M.M.D.).
Ao mesmo tempo, em algumas etapas da aula, utilizaremos as Tecnologias da
Informação e Comunicação (TIC), através de slides, vídeo, simulações,
figuras. A seguir, minutamos nossa aula.
Iniciaremos
nossa aula buscando saber, através de questionamentos, se os nossos alunos
lembram-se do conteúdo sobre Ondas (O que são Ondas? O que é a frequência de
uma Onda? O que é o comprimento de uma onda?) pediremos para que se reúnam em
duplas, ao mesmo tempo, através do PowerPoint, iremos exibir imagens de
ondas (logo abaixo) para que eles observem,
pensem e reflitam (15min).
Figura 6 – Onda se propagando na água
Fonte: Pensando Alto
Figura
7 – Onda
sonora
Fonte: Mundo Educação
Figura 8 – Tipos de Ondas
Fonte: Explicatorium
Posteriormente,
pediremos para que registrem em uma folha e nos entreguem, as respostas dos
questionamentos sobre Ondas, que fizemos no início da aula. Esta investigação é necessária, pois precisamos saber as ideias
iniciais (Ondas) dos alunos para introduzirmos o novo conteúdo e para dar
continuidade à aula, caso não se lembrem, será preciso retornar ao conteúdo de Ondas
antes de prosseguir.
Dessa
forma, supondo que os alunos saibam o conteúdo de Ondas, criaremos uma
situação-problema, para que os próprios alunos confrontem suas ideias inicias
sobre “Ondas” com o novo conceito “Efeito Doppler”, pressupondo assim que
aconteça uma contradição em sua mente e fazendo com que eles mesmos busquem em
todo o seu conhecimento, saber se conseguem ou não, resolver este problema que
iremos apresentar. Iremos fazer esta etapa da aula utilizando o “Jogo de Doppler” e para isso será necessário estar com um computador na sala de aula e conectado
à Internet. Na verdade é o Efeito Doppler em um trem, haverá um observador
estacionário e uma pessoa tocando violino em cima do trem. Faremos a primeira
passagem do trem da seguinte forma: O observador estacionário é quem ouve o
barulho do violino, então apertaremos o “play” e o trem irá passar com o
instrumentista tocando o violino, quando o trem estiver se aproximando do
observador, ele ouvirá o som alto e agudo e quando o trem estiver se afastando
do observador, ele ouvirá o som baixo e grave, esse fato é o Efeito Doppler.
Com isso questionaremos os nossos alunos (Por que será que acontece isto? Ora
ele ouve o som mais alto, ora ouve o som mais baixo?) e deixaremos pensarem um
pouquinho (15min). Durante a reflexão, daremos pistas para nossos alunos,
através de imagens (exibiremos as Figuras 2 e 4 simultaneamente no PowerPoint)
e pediremos para relacionarem as imagens com o problema do trem.
Diremos
a eles: “Observem na imagem que a ambulância está em movimento e ela se
aproxima do observador que está parado e depois se afasta dele”. Na verdade é o
que ocorre com o trem, mas deixaremos eles pensarem um pouco. Depois de algum
tempo (5min) diremos: “Observem também o som da sirene que está sendo tocada e
por isso têm essas ondas se propagando. Vejam a diferença entre as ondas nas
duas imagens e tentem relacionar com o problema do trem.”
No
momento em que o trem se aproxima do observador que ouve o som do violino, o
som é agudo e alto, pois o instrumentista, o violino e o trem (ao se
movimentarem) comprimem o ar que se encontra à sua frente, assim, as ondas
emitidas pelo violino ficam acumuladas à sua frente, fazendo com que a
frequência do som seja percebida como mais alta ao se aproximar do observador.
Depois
faremos outra passagem do trem, onde o instrumentista é quem ouvirá o violino,
o trem começa a andar, o instrumentista toca o violino sem parar e ele mesmo
ouve o som, o som será o mesmo em todos os momentos. E aí também perguntaremos
aos nossos alunos “Por que será que a tonalidade do som não é alterada neste
caso?” , deixaremos refletirem (15min), e durante a reflexão daremos pistas, “
Agora não voltem mais o olhar para o observador do trem, mas para o
instrumentista!”, “ O instrumentista está parado ou está em movimento em
relação ao trem?”.
O
som percebido pelo instrumentista que está em cima do trem em movimento não
altera a sua frequência, pois o instrumentista está parado em relação ao trem,
assim a propagação das ondas ocorre de forma simétrica para o instrumentista,
sem que o instrumentista varie a frequência sonora.
Depois
de terem resolvido o problema, com o nosso conhecimento, concluiremos
explicando formalmente o que é o Efeito Doppler através das mesmas imagens e
relacionando com a seguinte igualdade λ = v/f , que já foi
feita toda a explicação detalhada no item “Conteúdo”.
Por
conseguinte, com o auxílio dos alunos, nomearemos todos os aspectos físicos que
aparecem quando o observador está parado e ouvindo o violino sendo tocado pelo
instrumentista quando o trem passar. Por exemplo, o som do violino percebido
pelo observador, é denominado por f0 = frequência aparente percebida
pelo observador; o som do violino é denominado por ff = frequência
real emitida; a velocidade do observador (que está estático) é v0=
velocidade do observador = 0; a velocidade do trem é denominada por vf =
velocidade da fonte; e a velocidade do som do violino no ar é denominada por v
= velocidade da onda sonora. Depois disso, apresentaremos uma fórmula que
contém todos esses itens e ajudará nossos alunos resolverem problemas
envolvendo Efeito Doppler e faremos alguns exemplos com eles.
Para
enfatizar, passaremos o vídeo “Efeito Doppler (legendado)” (2min39s), onde um
professor de Física, ao lado de uma rodovia, fala sobre e vivencia o Efeito Doppler.
Por
fim, citaremos algumas utilidades do Efeito Doppler na nossa sociedade, por
exemplo, “existem radares meteorológicos que se baseiam no Efeito Doppler para
realizar a previsão do tempo através da medição de ondas eletromagnéticas” (Transcrito
do site Mega Curioso).
Figura 9 – Radar Meteorológico
Fonte:
Blog Super-Célula
Avaliação
Entregaremos
aos nossos alunos uma folha impressa com
perguntas e imagens sobre o Efeito Doppler para diagnosticar se eles
compreenderam e aprenderam o conteúdo apresentado. Aqui estão algumas delas:
- (Acadêmico Rio Grande IFRS - adaptado) Uma ambulância com a sirene ligada, emite um
som de frequência 520Hz. Admitindo-se que a velocidade do som no ar é de
340m/s e que a ambulância possui velocidade constante de 80m/s, determine
a frequência percebida por um observador parado na calçada quando a
ambulância:
a) Aproxima-se
do observador (inserir a imagem (Figura 2) na avaliação);
b) Afasta-se
do observador (inserir a imagem (Figura 4) na avaliação).
- Verifique
em qual (is) imagem (ns) ocorre(m) o Efeito Doppler. E quando ocorrer o
Efeito Doppler, explique-o de maneira detalhada (Como o(s) observador(es)
ouve(m) o som (alto, baixo, agudo, grave)? Por que ele(s) ouve(m) o som
dessa forma? Como o motorista ouve o som? E por que ouve o som dessa forma?).
Figura 10 – Corpo de Bombeiros em movimento
Fonte: Tecmundo
Figura 11 –
Ambulância estática
Fonte: Alunos Online
Figura 12 –
Ambulância em movimento
Variável Didática
Os
alunos podem não se lembrar do conteúdo de Ondas. Os equipamentos eletrônicos
podem dar problemas. Os professores podem não conseguir passar todo o conteúdo
planejado para os alunos.
Referências
Só Física. Efeito
Doppler. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Acustica/doppler.php>.
Acessado em: 01 ago. 2013.
Mega
Curioso. Disponível em: <http://megacurioso.com.br/fisica-e-quimica/36003-voce-sabe-o-que-e-o-efeito-doppler-.htm>.
Acessado em: 24 jun. 2013.
Acadêmico Rio Grande IFRS. Lista
de Exercícios de Física. Disponível em: <http://academico.riogrande.ifrs.edu.br/~daniel.zanotta/arquivos/Lista_Fisica_IV_Acustica_II.pdf>.
Acessado em 09 ago. 2013.
Fontes Consultadas
ARNONI,
Maria Eliza Brefere. 3º Capítulo: Metodologia da Mediação Dialética. In: ARNONI, Maria Eliza Brefere; OLIVEIRA,
Edison Moreira de; ALMEIDA, José Luís Vieira de. Mediação Dialética na Educação Escolar: teoria e prática.
São Paulo: Edições Loyola, 2007, p. 119-171.
Wikipédia.
Efeito Doppler. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_Doppler>.
Acessado em: 17 jun. 2013.
Brasil
Escola. O Efeito Doppler. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/fisica/o-efeito-doppler.htm>. Acessado em: 24 jul. 2013.
Planet
Seed. O Jogo de Doopler. Disponível em: <http://www.planetseed.com/pt-br/relatedarticle/o-efeito-doppler-em-um-trem
>. Acessado em 31 jul. 2013.
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