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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;

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Presentation Transcript
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ATIVIDADES PRÁTICAS DE ASTRONOMIA

PLANETÁRIO DO CARMO

MONITORES

Dezembro - Janeiro - 2005

slide2

BASES DE APOIO:

1- PCNs;

2- Livros didáticos e publicações erradas;

3- Impacto da mídia;

4- Pesquisas sobre ensino de Astronomia;

5- Vivência astronômica.

slide3

ATIVIDADES:

1- Rosa dos ventos;

2- Relógio de garrafa;

3- Projeção solar;

4- Escalas solar.

slide4

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.

slide5

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.

slide6

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.

slide7

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).

slide8

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-dos-ventos determinavam o Norte-Sul.

slide9

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.

slide10

ROSA-DOS-VENTOS

Construindo uma Bússola

Material necessário:

1 agulha de costura;

1 imã;

1 tigela de água;

1 pedaço pequeno de papel.

slide11

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

Construindo uma Bússola

slide12

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:

slide13

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:

slide15

ROSA-DOS-VENTOS

Norte (N)

0o

Noroeste (NW) Nordeste (NE)

315o 45o

Oeste (W) Leste (E)

270o 90o

Sudoeste (SW) Sudeste (SE)

225o 135o

Sul (S)

180o

slide16

ROSA-DOS-VENTOS

Aplicações vivenciais

1- Orientação global;

slide17

ROSA-DOS-VENTOS

Norte

Nordeste

Centro-Oeste

Sudeste

Sul

slide19

ROSA-DOS-VENTOS

2 – Construção de casas;

slide20

O

L

ROSA-DOS-VENTOS

3 – Varal.

slide21

N

2

4

O

L

1

3

5

S

ROSA-DOS-VENTOS

slide22

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.

slide23

N

S

ROSA-DOS-VENTOS

Meio-dia real

O

L

slide24

Sombra no eixo Norte

(Hemisfério Norte)

N

Sombra no eixo Sul

(Hemisfério Sul)

S

ROSA-DOS-VENTOS

O

L

slide25

Pólo Norte Magnético

ROSA-DOS-VENTOS

N

NE

NO

L

O

SE

SO

S

slide26

PNG

ROSA-DOS-VENTOS

Declinação Magnética = -20.055

(São Paulo - 17h - 27 nov 2005)

N

PNM

NO

Fonte: http://www.stargazing.net/AstroTips/portugues/efemerides.html

MoonCalc 6.X

slide27

ROSA-DOS-VENTOS

Nascer e pôr do Sol – Leste e Oeste?

Equinócio de Outono

20/03/05

Para todos – São Paulo

slide29

ROSA-DOS-VENTOS

Solstício de Inverno

21/07/05

slide31

ROSA-DOS-VENTOS

Equinócio de Primavera

22/09/05

slide33

ROSA-DOS-VENTOS

Solstício de Verão

21/12/05

slide36

SV

EP

SI

ROSA-DOS-VENTOS

EO

slide37

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:

slide38

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;

slide39

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;

slide40

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;

slide41

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.

slide42

Linha de Solstício de Verão

Linha do Equinócio de Primavera e Outono

Linha de Solstício de Inverno

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.

slide43

1

3

2

GNÔMON

Verão

O

L

Figura fora

de escala

slide44

1

2

3

GNÔMON

Primavera

Outono

O

L

Figura fora

de escala

slide45

1

3

2

GNÔMON

Inverno

O

L

Figura fora

de escala

slide46

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.

Solstício de verão

C.P.

slide47

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.

Dois dias do ano

(referência solstício de verão)

E

T.Cp.

C.P.

slide48

GNÔMON

Caso Belo Horizonte 2002

Fonte: http://www.observatorio.ufmg.br/pas44.htm

Por Prof. Renato Las Casas

slide49

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 indo para o Sul

Ângulo entre os raios solares e a vertical (ao meio dia solar)

Data

slide50

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

Ângulo entre os raios solares e a vertical (ao meio dia solar)

Data

slide51

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 ...

slide52

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

Sol voltando para o Norte

Data

Nascer

Pôr

slide53

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.

Equinócios de outono e primavera

E

T.Cp.

C.P.

slide54

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.

Nunca tem Sol a pino

C.P.

slide55

GNÔMON

Para saber mais:

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0102-47442003000100008

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GNÔMON

Latitude local

Exatamente nos Equinócios, ao meio-dia real, pode-se medir a latitude geográfica local, utilizando o gnômon.

Na parte superior do Gnômon, amarre o barbante e estique-o até a sombra formada pelo Gnômon.

Gnômon

Chão

Sombra formada pelo Gnômon

slide57

GNÔMON

Com o auxílio do transferidor, meça o ângulo formado entre o barbante e o Gnômon.

Transferidor

A medida a fornecida pelo transferidor é a latitude geográfica local.

j

Barbante

Gnômon

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Projeção Solar

Com o auxílio do telescópio refrator será observado o Sol e suas possíveis manchas solares de forma indireta.

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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
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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”.
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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 sabe-se 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.

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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.

slide63

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.

slide64

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.

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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. 

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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.

slide67

Projeção Solar

Ao repetir-se o mecanismo, retornamos aos campos originais de polaridade, assim completando um ciclo magnético solar de 22 anos.

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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.

slide69

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.

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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).

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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;
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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.

slide73

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.
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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.

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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.
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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.
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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.

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SEEING

Condição

1

Excelente

2

Bom

3

Regular

4

Ruím

5

Pessímo

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.

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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.

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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".

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Projeção Solar

Resultados CDA

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Projeção Solar

Fontes:

  • http://www.cdcc.sc.usp.br/cda/ensino-fundamental-astronomia/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/
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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.

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Relógio Solar de Garrafa

Material:

  • Garrafa de plástico transparente e lisa;
  • Barbante;
  • Palito;
  • Folha;
  • Régua;
  • Tesoura;
  • Caneta.
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Relógio Solar de Garrafa

Procedimento:

  • Meça a circunferência da garrafa de plástico;
  • Com o valor obtido divida por 24 (H);
  • 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;

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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;

  • Passe o barbante de um extremo ao outro da garrafa, esticando bem e amarrando bem com o palito;
  • DICA - Para esticar mais ainda o barbante, abra um pouco a tampa.
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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
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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 ...

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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