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A experimentação em si traz uma perspectiva de concretizar o que diz a teoria, que por muitas vezes se tratando das ciências pode ser algo de difícil compreensão. Através desse experimento realizado, percebeu-se o despertar da curiosidade e o encanto do público ao qual foi apresentado o espectroscópio caseiro. Dessa forma à ciência pode ser abordada de uma maneira leve e instigante para que o conhecimento adquirido seja efetivo.

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SOARES, Júlio César de A.C.R. Princípios básicos de física em radiodiagnóstico. 2. ed. rev. – São Paulo: Colégio Brasileiro de Radiologia, 2008.

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SOARES, Júlio César de A.C.R. Princípios básicos de física em radiodiagnóstico. 2. ed. rev. – São Paulo: Colégio Brasileiro de Radiologia, 2008.

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PEREIRA, J. S. Como construir espectroscópio caseiro. ASTUTOS-UFS. 2021. Disponível em:  Acesso em 20 de ago de 2022.

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PEREIRA, J. S. Como construir espectroscópio caseiro. ASTUTOS-UFS. 2021. Disponível em:  Acesso em 20 de ago de 2022.

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A construção do espectroscópio caseiro é relativamente simples, requer um pouco de habilidade e cuidado na hora de fazer a parte ocular e a fenda, mas de forma geral é simples. O uso de estilete em sala de aula não é adequado e deve ser substituído pela tesoura.

Existem vários tutoriais desse experimento no YouTube (2021). A etapa de remoção da película é descrita como algo simples, fácil de ser realizada, porém sentimos dificuldade, perdemos algumas unidades, pois a fita adesiva não retirava completamente, por vezes ficavam resíduos de cola no CD, o que o estragava e o processo precisava ser repetido. Substituímos a fita adesiva pela fita crepe, o que foi positivo. Isso pode ser considerado um desafio que enfrentamos.

De forma geral, esse experimento é bastante interessante, realmente dá para observar o padrão de difração da luz e trabalhar esse conteúdo em sala de aula. Pensamos que um curso em que esse experimento pode ser utilizado é o de Técnico de Radiologia, dentro da competência “Utilizar radiação e outras formas de energia na realização de procedimentos para obtenção de imagens diagnósticas, tais como radiologia convencional e digital, mamografia, densitometria, hemodinâmica, tomografia computadorizada, ressonância magnética, radiologia forense, radiologia veterinária, entre outras” já que o estudo da física das radiações é de interesse do curso (SOARES, 2008).

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A experimentação nos cursos técnicos, principalmente no ensino de física é essencial e muito importante, pois através dos experimentos os estudantes poderão buscar nova interpretação e visualização do que aprendem em sala de aula.

Este experimento didático não tem apenas o objetivo de fortalecer o ensino de física. Ele também permite que alunos desenvolvam várias áreas, testem e comprovem diversos conceitos, no decorrer do curso, favorecendo assim a sua capacidade intelectual.

Em atividades experimentais o professor tem papel indispensável para a evolução do estudante no seu processo de aprendizagem; portanto, cabe ao professor mediar e guiar o conhecimento teórico e prático demonstrando o fundamento do conteúdo ministrado.

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O que será avaliado: Serão avaliadas as habilidades e competências no uso dos conceitos da difração da luz e manuseio dos instrumentos na execução do experimento.

O(s) instrumento(s) de avaliação da aprendizagem: Relatório com descrição de todo o processo e discussões na realização do experimento e uma autoavaliação acerca do envolvimento com o experimento e conteúdos apresentados.

Os critérios avaliativos:

Posse dos materiais para a execução do experimento;

Domínio do conteúdo;

Argumentação acerca das questões norteadoras;

Autonomia, criatividade e empenho no desenvolvimento do experimento;

Capacidade de Interação - Capacidade de realizar trabalho colaborativo nos procedimentos para a realização do experimento.

Quando: A observação direta será realizada durante toda aula.

Autoavaliação

1.       Como foi para você estudar este assunto em um experimento?

2.       Você descobriu algo de que não sabia ao realizar o experimento com seus colegas?

3.       Quais obstáculos ou dificuldades enfrentaram ao realizarem o experimento?

4.       Como foi realizar esta atividade em equipe?

5.       Como você se posiciona em relação a sua equipe na execução desta atividade?

6.       Você fez um estudo prévio do assunto abordado no experimento?

7.       De que maneira você relaciona este conteúdo com o seu curso de Técnico em Radiologia?

Link para formulário de resposta da autoavaliação:
https://forms.gle/Ap9U4cb96BjmG3Gk9

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Os desafios para a realização de atividades experimentais não estão muito distantes dos mesmos desafios encontrados para a realização das tradicionais aulas expositivas em sala. Porém a realização de atividades experimentais exige mais dedicação e preparação por parte do aluno e professor, para que as práticas de campo estejam relacionadas ao que está sendo apresentado

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Ciências exatas e da terra: exploração e qualificação de diferentes tecnologias 4 / Organizador Francisco Odécio Sales. – Ponta Grossa - PR: Atena, 2021.

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GIORDAN, M. O papel da experimentação no ensino de Ciência. Química Nova na Escola, n. 10. São Paulo, 1999.
GUIMARÃES, Cleidson Carneiro. Experimentação no ensino de Química: Caminhos e descaminhos rumo à aprendizagem. Química nova na escola. São Paulo, 2009.

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As atividades experimentais constituem um ponto importante na análise dos problemas e na proposta de alternativas para o ensino de Química, pois como ciência experimental que é, ela necessita de atividades experimentais, já que seu campo de atuação compreende a natureza e os fenômenos que nela ocorrem e, os experimentos proporcionam aos estudantes uma compreensão mais científica das transformações químicas (GIORDAN, 1999)

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As atividades experimentais constituem um ponto importante na análise dos problemas e na proposta de alternativas para o ensino de Química, pois como ciência experimental que é, ela necessita de atividades experimentais, já que seu campo de atuação compreende a natureza e os fenômenos que nela ocorrem e, os experimentos proporcionam aos estudantes uma compreensão mais científica das transformações químicas (GIORDAN, 1999)

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AUGUSTO, João de Vianey. Conceitos Básicos de Física e Proteção Radiológica. São Paulo: Atheneu, 2009.

OKUNO, Emico. Física das Radiações. São Paulo: Oficina de Textos, 2010. TILLY JR., João Gilberto. Física Radiológica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2010.

ESPECTROSCOPIA DE RAIOS-X Disponível em: <http://fisica.ufpr.br/grad/espectroscopia_rx.pdf>. Acesso em: 03/09/2022.

MARTINS, F.R.; DELLA ROCCA, F.F. Física Radiológica. In: OBREGA, Almir Inácio. Tecnologia Radiológica e Diagnóstico por Imagem: guia para ensino e aprendizado. vol.2. São Caetano do Sul-SP: Difusão, 2010. p.77-107.

SANTOS, G. Física dos Raios X. In: SANTOS, Gelvis Cardozo dos. Manual de Radiologia. São Paulo: Yendis, 2008. p.93-113.

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Questões norteadoras

Notamos que diferentes lâmpadas emitem luz branca, mas que o “branco” não é igual entre elas, nem igual à luz do sol. Por quê?

a)      O que conseguimos visualizar quando apontamos a fenda para a luz do Sol? e para a luz branca da sala de aula?

b)      Se trocarmos a luz branca por uma lâmpada amarela ou uma vela acesa, observaríamos a mesma coisa?

c)       Existe relação entre a abertura da fenda e a largura das linhas dos espectros observados?

É interessante que os alunos percebam que as diferenças na cor branca estão relacionadas aos espectros (ou às cores emitidas pela fonte). Se a percepção não for espontânea o professor deverá induzir os alunos na observação desse ponto.

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Curso Técnico em Radiologia

Disciplina: Física e Proteção das Radiações ou Física das Radiações

Competências

Relacionar conceitos de física com o manuseio do equipamento radiográfico.

Aplicar a física radiológica na atuação junto à realização do exame.

Selecionar alternativas de radioproteção para pacientes, acompanhantes e profissionais da área.

Conhecer e interpretar as normas de radioproteção da comissão nacional de energia nuclear – CNEN, do ministério da saúde e da vigilância sanitária.

Identificar os limites de doses de radiação a que os profissionais do radiodiagnóstico e os clientes / pacientes podem ser expostos.

Conhecer e identificar códigos, símbolos, sinais e terminologias específicas da radioproteção.

Utilizar o conceito de proteção do ambiente, autoproteção e a proteção do paciente e acompanhante contra as radiações.

Habilidades

Desenvolver técnicas radiológicas com conteúdo de física aplicada com o objetivo de obter uma radiografia de melhor qualidade.

Conhecer todo o controle de proteção radiológica existente e conscientização de sua utilização.

Utilizar equipamentos individuais de proteção (EPI), equipamentos de proteção coletiva (EPC) e observar as sinalizações preconizadas pelas normas de radioproteção, durante os procedimentos radiográficos, com vistas à segurança geral.

Executar os procedimentos em conformidade com os princípios de sistema de proteção radiológica.

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Procedimentos

Esta atividade deverá ser feita em equipe de 4 estudantes;

Leia com atenção os roteiros;

Registre cada observação e discussão entre colegas;

Ao final do experimento, façam um relatório de todo o processo, respondendo as questões norteadoras com suas justificativas e discussões.

Roteiro para Construção de um Espectroscópio

Para a montagem do espectroscópio será preciso recortar um pedaço do CD (em formato triangular)  com uma tesoura e retirar dele a película refletiva que está colada em um dos lados. Para isso cole um pedaço de fita crepe ou adesiva sobre a película e puxe-a com cuidado.

Pegue a caixa de papelão e com a ajuda de um pequeno estilete faça uma fenda conforme mostrado nas fotos dos registros da atividade. Essa fenda tem aproximadamente 1 milímetro de espessura e é por ela que a luz a ser analisada irá entrar na caixa. Recorte a fenda com bastante cuidado evitando deixar rebarbas. Se precisar ajuste a fenda colando dois pedaços de fita preta sobre ela de modo a diminuir a espessura e mantê-la isenta de rebarbas.

Do outro lado da caixa de papelão recorte um quadrado um pouco menor que o pedaço de CD e cole-o sobre ele. Observe que a parte mais fina do CD que será a rede de difração fica para cima.

Seu espectroscópio caseiro está pronto para ser usado!

(observe as fotos no registro da atividade)

Roteiro de Observação com o espectroscópio da luz solar e de lâmpadas acesas.

Deixe a luz incidir sobre o CD (rede de difração), inclinando-o de modo que ele receba a luz num ângulo favorável. Veja as diversas cores formadas.

Aponte a fenda, para a luz solar (NUNCA aponte diretamente seu espectroscópio para o Sol.). Observe e anote  o que vê.

Aponte a fenda, para a lâmpada branca (de mercúrio) da sala de aula ou para as amarelas (de sódio) ou ainda para a chama de uma vela. Observe e anote  o que vê.

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Uma caixa de papelão

Fita isolante preta

Fita crepe ou adesiva

Um disco CD

Uma tesoura

Um estilete

Uma régua

Cartolina

Lápis

Canetas hidrográficas

Cola

Rolinho para espalhar cola

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Apollo 11. Conhecimento: construa um espectroscópio caseiro com caixa de papelão! Disponível em: <https://www.apolo11.com/espectro.php> Acesso 20 de ago de 2022.

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Conhecimento: construa um espectroscópio caseiro com caixa de papelão!

Quase sempre, os artigos sobre galáxias estrelas e planetas contêm alguma informação sobre a composição química de seu interior e de sua atmosfera, na maioria das vezes expressadas com bastante precisão. Mas como é possível determinar de que são feitos se apenas sua tênue luz chega até nós? Apenas olhando?

Na realidade, quase olhando.

A composição química dos objetos celestes é quase sempre feita através de uma técnica chamada espectroscopia, que nada mais é do que a análise do "espectro" produzido pela luz da estrela após passar por um prisma ou uma rede de difração, capaz de decompor a luz vinda do espaço em suas cores primárias.

Para entender como funciona o processo é preciso voltar um pouco no tempo e lembrar que em 1665 o físico Isaac Newton demonstrou que a luz branca, ao passar por um prisma de vidro se decompõe em diferentes cores, formando o um espectro contendo as cores do arco-íris (Ilustração acima).

Mais de um século depois, em 1802, William Wollaston repetiu o experimento de Newton, mas descobriu que quando a luz do Sol passa por uma fenda antes de passar pelo prisma, produz uma série de linhas escuras (ao lado) em algumas partes do espectro colorido. Hoje sabemos que essas linhas escuras são as imagens da própria fenda vistas em diversos comprimentos de onda, mas na ocasião foram interpretadas pelo próprio Wollaston como sendo os limites entre as cores vistas no espectro.

O tempo passou e até o ano de 1820 um fabricante de instrumentos óticos chamado Joseph von Fraunhofer já havia observado mais de 570 linhas escuras em diversas regiões do espectro colorido. Para 324 linhas observadas, Fraunhofer deu um nome representado por letra. Para as mais fortes e contrastadas utilizou letras maiúsculas A, B, C e para as mais fracas utilizou letras minúsculas. A primeira linha, "A", representava o vermelho. As linhas foram então batizadas de "linhas de Fraunhofer".

Na ocasião, Fraunhofer apontou seu equipamento ainda rudimentar para as estrelas Sírius, Castor, Pollux, Capella, Betelgeuse e Procyon e também observou raias escuras sobre os espectros formados. O problema é que ainda não se sabia o que gerava as linhas.

Surge a Espectroscopia
O grande salto para a explicação das linhas de Fraunhofer aconteceu em 1856, após a invenção do bico de Bunsen, aquele bico de gás usado nos laboratórios de ciência e que tem a chama incolor. Como se sabe, quando se vaporiza algum material no bico de Bunsen, a cor emitida é a da própria substância e não a da chama do bico.

Robert Wilhelm Bunsen, o inventor do bico de Bunsen, tinha como colaborador um jovem físico chamado Gustav Robert Kirchhoff, já famoso por ter formulado as leis que governam o comportamento dos circuitos elétricos e que levam seu nome.

Kirchhoff sugeriu a Bunsen que a cor da chama vaporizada no bico de gás seria melhor observada se fosse passada através de um conjunto de lentes e um prisma. Durante muitos dias os dois cientistas vaporizaram diversas substâncias sobre a chama do bico, entre eles o sódio, mercúrio e cálcio. Cada elemento que era vaporizado produzia raias em diferentes posições do espectro: o sódio produzia linhas amarelas, o mercúrio produzia linhas amarelas e verdes e o cálcio produzia linhas em diversas posições, com predominância no vermelho, verde e amarelo.

Após muitas observações Kirchhoff e Bunsen concluíram que cada elemento químico produzia suas próprias linhas, o que significava que vistos através do prisma, cada um tinha uma assinatura própria, inconfundível.

No entanto, as linhas observadas por Kirchhoff e Bunsen eram brilhantes, ao contrário das linhas observadas por Fraunhofer, que eram escuras. Intrigados, os cientistas resolveram confirmar se a linha escura "D" descoberta por Fraunhofer era a mesma linha brilhante produzida pelo sódio vaporizado no bico de gás.

Para isso a dupla passou a luz do Sol através da chama produzida pelo sódio. A intenção era preencher de amarelo a linha escura "D" que era produzida pelo Sol. Para surpresa de Kirchhoff e Bunsen, ao contrário do que esperavam a linha "D" ficou ainda mais escura.

Não satisfeitos, substituíram a luz solar pela produzida por um sólido incandescente e notaram que ao passar pelo vapor do sódio, o espectro continha as mesmas linhas escuras produzidas pelo Sol, na posição das linhas amarelas de sódio. Após uma série de experimentos Kirchhoff concluiu que o Sol só podia ser formado de gás ou um sólido quente envolto por um gás mais frio.

Leis de Kirchhoff
Após muito pesquisar Kirchhoff formulou as três leis básicas da espectroscopia, necessárias para determinação da composição química de uma mistura de elementos e através de uma série de comparações de espectros descobriu na luz solar as assinaturas típicas do magnésio, Cálcio, Crômio, Bário, Níquel e Zinco. Veja as três leis básicas de Kirchhoff.

1 - Um corpo opaco quente produz um espectro contínuo, seja sólido, líquido ou gasoso.

2 - Qualquer gás transparente produz um espectro de linhas brilhantes, atualmente chamadas de "linhas de emissão", sendo que o número e a posição destas raias dependem unicamente dos elementos químicos presentes no gás.

3 - Se a luz de um sólido (que produz espectro contínuo) passar por um gás com temperatura mais baixa, o gás frio causa o aparecimento de linhas escuras, atualmente chamadas de "linhas de absorção", sendo que a quantidade dessas linhas depende apenas dos elementos químicos presentes no gás.

Descobre-se o Hélio
Com base no trabalho de Kirchhoff, o astrônomo inglês Joseph Norman Lockyer descobriu, em 1868, uma nova linha no espectro solar que ainda não havia sido explicada. Como cada elemento tem uma assinatura espectroscópica própria, Lockyer batizou o novo elemento de "Helio", que em grego significa Sol.

O Hélio só veio a ser descoberto na Terra 27 anos depois, quando o químico inglês William Ramsay descobriu na vaporização do urânio uma linha na mesma posição espectral daquela encontrada por Norman no espectro do Sol.

Espectroscopia na Astronomia
Depois que Kirchhoff e Bunsen descobriram que cada elemento natural produz linhas espectrais próprias e Joseph Lockyer descobrir o elemento Hélio apenas observando o espectro solar, os astrônomos passaram a apontar seus "espectroscópios" para diversas estrelas, planetas e nebulosas e diversas propriedades dos objetos celestes se tornaram conhecidas. Olhar diretamente os planetas e estrelas não era mais tão interessante. A moda era ver as raias luminosas e estudar as propriedades físicas dos objetos.

Atualmente a análise espectral não é feita apenas no seguimento visível da luz, que vai de 400 a 700 nanômetros, mas também nos comprimentos de onda do infravermelho e ultravioleta, onde os gases e sólidos apresentam propriedades diferentes. Além disso, os espectroscópios não usam mais os prismas para decompor a luz e sim redes de difração, uma espécie de anteparo com milhares de riscos que espalham os diversos comprimentos de onda da luz.

Construa um espectroscópio caseiro

Você também pode construir um espectroscópio caseiro e observar o espectro solar ou de outros objetos luminosos. Tudo que você precisa é de uma caixa de papelão, um pouco de fita isolante preta e um disco de CD. Com ele você vai poder ver a linhas de Fraunhofer e raias luminosas produzidas por diversos tipos de lâmpadas: fluorescentes, mercúrio, sódio e até mesmo apontá-lo para a Lua para ver as raias produzidas. Experimente!

O elemento principal do nosso espectroscópio é uma rede de difração construída a partir de um pedaço de CD. Para fazê-la será preciso recortar um pedaço do disco com uma tesoura e retirar dele a película refletiva que está colada em um dos lados. Para isso cole um pedaço de fita crepe ou adesiva sobre a película e puxe-a com cuidado. Recorte a rede de difração no formato mostrado na lista de materiais

Pegue a caixa de papelão e com a ajuda de um pequeno estilete faça uma fenda conforme mostrado na figura 1 da foto acima. Essa fenda tem aproximadamente 1 milímetro de espessura e é por ela que a luz a ser analisada irá entrar na caixa.

Do outro lado da caixa de papelão recorte um quadrado um pouco menor que o pedaço de CD e cole-o sobre ele. Observe que a parte mais fina da rede de difração fica para cima. Pronto. Seu espectroscópio caseiro está pronto para ser usado!

Apesar de não ser um instrumento profissional, diversos experimentos podem ser feitos com ele. Aponte a fenda para a chama de uma vela, para a lâmpada branca do poste da rua (de mercúrio) ou para as amarelas (de sódio). Você vai ver que cada tipo de luz apresenta um espectro diferente, com raias brilhantes em diferentes posições. Peça para alguém queimar um pouco de sal de cozinha (cloreto de sódio) sobre a chama de uma vela e veja as linhas amarelas do sódio surgirem sobre o espectro!

A qualidade dos espectros está diretamente ligada à qualidade da rede de difração e ao cuidado com a montagem. Recorte a fenda com bastante cuidado evitando deixar rebarbas. Se precisar ajuste a fenda colando dois pedaços de fita preta sobre ela de modo a diminuir a espessura e mantê-la isenta de rebarbas. Quanto mais fina a espessura da fenda, melhor a qualidade da imagem espectral.

Muita atenção: NUNCA aponte diretamente seu espectroscópio para o Sol. Isso poderá cegá-lo!

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Conhecimento: construa um espectroscópio caseiro com caixa de papelão!

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Monte um espectroscópio e aprenda como os cientistas descobrem a composição química dos planetas e estrelas

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Também confeccionamos um cartaz para apresentação.

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Também confeccionamos um cartaz para apresentação.

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Acoplamos o celular no protótipo e gravamos o vídeo da observação espectral da lâmpada da sala.

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Acoplamos o celular no protótipo e gravamos o vídeo da observação espectral da lâmpada da sala.

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Resolvemos revestir a caixa com cartolina para ficar com melhor acabamento.

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Testando para ver se está tudo no lugar.

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Fixando a ocular (placa de CD 💿 com a película removida).

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Removendo a película refletora do CD com a ajuda de fita crepe.

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Produzindo a fenda e a parte ocular numa embalagem de chapinha.

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Este foi o modelo confeccionado durante o encontro presencial.

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Objetivo do experimento é confeccionar um protótipo, um modelo de espectroscópio para observar o padrão espectral luminoso da difração da luz emitida de diferentes fontes radiantes com diferentes composições (componentes) químicas.