Relógio de Sol analêmico

 RELÓGIO DE SOL ANALÊMICO: MÉTODO PEDAGÓGICO INTERDISCIPLINAR

Neste trabalho serão apresentados os resultados da utilização do relógio de sol analêmico como um importante método didático, uma ferramenta de auxílio no processo de ensino-aprendizagem de conceitos básicos de Física e Astronomia. Os relógios foram construídos em escolas públicas do Norte e Noroeste Fluminense, onde várias atividades foram desenvolvidas com as turmas envolvidas na pesquisa. O relógio de sol analêmico ou relógio de interação humana é uma forma didática lúdica de difundir a Física desde as séries iniciais do ensino fundamental. Este relógio é constituído de uma marcação em forma de elipse, onde se localizam as horas e outra que indica a posição do gnomo, cuja sombra servirá como o ponteiro do relógio. Neste caso o gnomo é um estudante que participa ativamente do processo de ensino-aprendizagem. O relógio é desenhado no pátio da escola. As atividades realizadas são divididas entre a sala de aula e o pátio. No pátio são realizadas a maior parte das atividades, o aluno tem a oportunidade de observar ao seu redor as mudanças aparentes da posição do Sol. O que dificulta a utilização deste recurso didático é o complexo processo de construção. Para auxiliar na sua construção foi desenvolvido um gabarito, ou seja, um modelo do relógio de sol analêmico. O projeto alcançou resultados satisfatórios, os quais demonstram o quanto o relógio de sol analêmico pode ajudar a aguçar a natureza investigativa do aluno.

INTRODUÇÃO 

 A escola é um espaço destinado para auxiliar na compreensão do mundo. Os alunos vão para as escolas levando uma enorme bagagem cultural conquistada através dos meios de comunicação e da sociedade, estes já possuem várias teorias pré-estabelecidas, cabe à escola aproveitar estas informações para aprofundar o conhecimento deste aluno, aguçando sua curiosidade, e eliminando determinadas dúvidas ou distorções do assunto. 

As aulas precisam ser elementos de motivação, fazendo despertar no aluno a vontade de aprender o conteúdo que está sendo abordado. Uma boa aula não pode ser centrada no modelo “quadro-giz” (KAWAMURA e HOSOUME, 2003), ela tem que fazer o estudante questionar, discutir e refletir, para assim ocorrer a aprendizagem. 

A FÍSICA NA ESCOLA 

A Física é uma disciplina que está enfrentando grandes dificuldades na sua difusão. Sua abordagem fica centrada no ensino médio, onde os alunos que praticamente nunca tiveram contato com esta, sentem muita dificuldade com o desenvolvimento do conteúdo. 

O ensino de Física não pode ocorrer apenas no Ensino Médio, ele tem que ser iniciado no Ensino Fundamental, para que nesta fase seja formada uma base para os conteúdos que serão apresentados nas séries futuras. Neste momento a Física deve abordar fatos do cotidiano motivando o aluno para assim conservar sua curiosidade e desenvolver seu raciocínio.

Mesmo que uma criança das primeiras séries ou pré-escola não estude física como o tal, essa criança está formando suas estruturas de raciocínio lógico a partir do contato com a natureza e o cotidiano. Como Piaget em sua teoria dos estágios do desenvolvimento cognitivo, quanto mais rico e bem organizado esse ambiente, melhor a criança estará apta para o desenvolvimento do pensamento abstrato quando posteriormente for induzida formalmente ao estudo das ciências. (CHAVES e SHELLARD, 2005a) 

A Astronomia está disseminada no cotidiano dos alunos, por exemplo, através de filmes e reportagens, e estes podem causar nos estudantes dúvidas e enganos conceituais. Faz-se, portanto, necessário que a escola faça esta correção conceitual nas salas de aula, para ajudar ao estudante a compreender vários aspectos astronômicos envolvidos em seu dia-a-dia (MORETT et. al., 2010).

Estas correções, em sua maior parte, têm que ser realizadas no período do ensino fundamental.

O Ensino Fundamental é muito importante para a formação do cidadão, pois além de ser onde está a maioria dos estudantes é onde a maior parte dos conteúdos é apresentado aos aluno (CARVALHO, 1998). 

Um recurso pedagógico para que a Astronomia possa ser apresentada de forma mais atraente para os alunos, é o relógio de sol. Este aproxima aluno e natureza, fazendo com que o estudante passe a observar e compreender seu ambiente (MORETT et. al., 2011). De acordo com Moreira (2000), os estudantes da educação básica têm que dar início ao ensino de Física para compreender o mundo, e não para iniciar a formação científica.

 Para que o ensino de Física ocorra de maneira satisfatória, é necessário que a escola procure alternativas que aproximem professor e aluno, e façam do processo ensino-aprendizagem um momento gratificante para as partes envolvidas, onde o aluno tem que ser o foco principal. Para isto é necessário “criar alternativas e ferramentas que auxiliem o professor, promovendo ao máximo o crescimento cognitivo do aluno” (MORETT e SOUZA, 2009).

FERRAMENTAS PEDAGÓGICAS

 As ferramentas pedagógicas são recursos empregados para auxiliarem no trabalho docente, estas ajudam no processo de ensino-aprendizagem, propiciando ao aluno a visualização dos conceitos abordados nas salas de aula. Estes recursos desenvolvem discussões, aumentando o diálogo professor-aluno, abrindo as portas para questionamentos e reflexões.

A utilização destas ferramentas atrai os alunos, motivando-os e instigando-os, fazendo com que o ritmo da aula seja modificado.

 É necessária uma diversificação das estratégias de ensino e, principalmente, a criação de ambientes de aprendizagem que propiciem a argumentação dos alunos em aulas, pois essas interações professor-aluno e aluno-aluno são as condições básicas para o aprendizado de diversas linguagens científicas. (CHAVES e SHELLARD, 2005b)

Quando se trata dos conceitos de Física em qualquer que seja o nível de ensino sempre tem que ser considerada a experimentação:

Privilegiando-se o fazer, manusear, operar, agir, em diferentes formas e níveis. É dessa forma que se pode garantir a construção do conhecimento pelo próprio aluno, desenvolvendo sua curiosidade e o hábito de sempre indagar, evitando a aquisição do conhecimento científico como uma verdade estabelecida e inquestionável. (BRASIL, 2002a)

Uma ferramenta simples, de caráter interdisciplinar, lúdico e que possibilita uma participação ativa de estudantes e demais pessoas para as quais for apresentado é o relógio de sol analêmico. Este em sua versão mais simples pode ser construído utilizando-se giz em qualquer área que receba a incidência da luz solar.

 INTERDISCIPLINARIDADE

A interdisciplinaridade é a interação de conteúdos entre várias disciplinas gerando um novo saber diante de uma dada questão.

Competências em Física para a vida se constroem em um presente contextualizado, em articulação com competências de outras áreas, impregnadas de outros conhecimentos. (BRASIL, 2002b)

Através da interdisciplinaridade o aluno percebe que não existe uma disciplina ou um conteúdo superior ao outro, todos coexistem e estão relacionados ao seu cotidiano. 

A demanda pelo interdisciplinar não é meramente acadêmica ou um privilégio científico, mas, acima de tudo, é uma demanda social. Ela parte da sociedade, de um modo geral, que reclama soluções para os problemas gerados pelo desenvolvimento. Estamos diante de setores da comunidade como o dos profissionais e estudantes, que reivindicam melhor preparo e formação, e as ciências, em especial, que em determinados momentos e aspectos tiveram seu desenvolvimento perturbado pela excessiva especialização. Tais demandas exigem uma preocupação com a formação global do homem, a superação de sua visão fragmentada e o desenvolvimento de uma visão interdisciplinar do mundo (Japiassu, 1976). (PIERSON e NEVES, 2010). 

Um valioso método interdisciplinar é a utilização de relógios de Sol analêmico, seja como instrumento de divulgação científica, ou como ferramenta pedagógica, permite que sejam apresentados aos estudantes e ao público em geral noções básicas de Astronomia, Física, Matemática, Geografia, História, entre outros. Dentro deste contexto interdisciplinar é que se trabalhou, buscando a forma mais ampla deste termo, o relacionamento entre as disciplinas e o cotidiano dos alunos.

 RELÓGIOS DE SOL

Desde as mais primitivas civilizações, a sombra de objetos é usada como instrumento de indicação da passagem do tempo durante o dia. A sombra desloca-se ao longo do dia devido ao movimento de rotação da Terra, movimento em que o planeta gira em torno de seu eixo imaginário (PROGRAMA AEB ESCOLA, 2011a). Assim, o relógio de sol mede a passagem do tempo pela observação da posição do sol.

Um relógio é composto por um indicador das horas, um ponteiro e um conjunto de engrenagens que vão fazê-lo funcionar. O Relógio de sol também é composto de um indicador das horas e um ponteiro, mas o conjunto de engrenagens será substituído pelo nosso Sol (CANALLE, 2010)

Com o passar dos séculos, em torno dos gnomos passaram a ser desenhadas marcações simbolizando as unidades de tempo (minutos e horas), assim pode-se observar a passagem do tempo com relativa precisão e com o desenvolvimento da trigonometria pelos matemáticos gregos as marcações que indicavam as horas passaram a ser determinadas, não mais somente através da geometria, mas também aritmeticamente. Isto permitiu, ao longo dos séculos, o desenvolvimento dos mais sofisticados relógios de Sol (SOUZA et. al., 2003).

 Tabela 01: Alguns tipos de relógios de sol.

RELÓGIO DE SOL ANALÊMICO

 O relógio de sol analêmico ou de interação humana é um modelo de relógio solar no qual a posição do gnomo é variável ao longo do ano, desta forma a função do gnomo pode ser exercida por uma pessoa, bastando para isto, que esta se posicione no local indicado de acordo com o mês do ano.

Este relógio possui duas escalas: a das horas em formato de elipse e a que indica a posição do gnomo de acordo com os meses do ano (no centro da elipse). A figura 06 contém a representação deste. 

Figura 06: Descrição do modelo do relógio de Sol analêmico.

 O Analema

O analema é uma figura semelhante ao algarismo 8 que se obtém marcando a extremidade da sombra de um gnomo ou tirando fotografias da posição do Sol e sobrepondo-as. Estes métodos para a definição do analema têm que ocorrer sempre na mesma hora e local durante o ano, para que se evidencie o movimento aparente do Sol (OAL, 2011). 

Figura 07: Esquema do analema solar (posicionamento do sol no decorrer do ano).

 

O analema ocorre por dois motivos: pelo fato de o eixo de rotação da Terra ser inclinado em relação ao plano de sua órbita ao redor do Sol e por sua órbita ser elíptica e não circular, fazendo, de acordo com a Lei de Kepler, que a velocidade da Terra em sua órbita seja maior com a proximidade do Sol (PESSANHA et. al., 2010). 

As variações da posição aparente do Sol que formam o analema também originam modificações na formação das sombras ao longo de um ano. Uma forma de corrigir possíveis erros ocasionados por estas modificações é efetuar ajustes na posição do gnomo de acordo com o mês do ano. Por isso, o relógio de Sol analêmico prevê diferentes posicionamentos do gnomo.  

A Latitude

 A latitude é o ângulo formado pela posição de um determinado ponto e o plano equatorial, esta varia de 0 a 90° Norte e de 0 a 90° Sul, medidos a partir do equador (ATLAS ESCOLAR E DIDÁTICO, 2010). 

A latitude influencia diretamente na elaboração do relógio de sol analêmico, ela define o ângulo de incidência solar de determinado local.

 O Gnomo

Em um relógio de Sol, o gnomo, é o objeto que ao incidir sobre ele iluminação solar, ocasionam sombra sobre o solo, e esta é utilizada como o ponteiro do relógio.

Como no relógio de sol analêmico a posição do gnomo é variável ao longo do ano, a função do gnomo pode ser exercida por uma pessoa, bastando para isto que se posicione no local indicado de acordo com o mês do ano.

Figura 08: Descrição de um gnomo solar

Software para Determinação das Marcações do Relógio de Sol Analêmico

Na construção do relógio de Sol analêmico uma série de cálculos é necessária. Assim, foi utilizado o software R.S.A., em sua versão 3.0. Este software realiza os cálculos necessários para a construção de relógios de sol analêmicos gerando as medidas para as marcações. O software R.S.A. foi desenvolvido por uma equipe de pesquisadores da UENF, Universidade Estadual do Norte Fluminense (RSA, 2010).

O aplicativo possui uma tela de fácil utilização, permite a impressão dos dados obtidos e disponibiliza conteúdos teóricos sobre os conceitos envolvidos na construção de um relógio de Sol analêmico. A figura 09 apresenta uma imagem capturada da tela principal do software.

 Figura 09: Imagem capturada da tela inicial do software.

 

Durante o uso, deve-se fornecer ao software a latitude do local onde o relógio de sol será construído. 

Outro dado que tem que ser fornecido ao aplicativo é o tamanho em metros estimado do semi-eixo maior que terá a elipse que forma o relógio. De posse destes, o software efetua todos os cálculos necessários para gerar os dados para a construção do relógio de sol analêmico. Na tabela 02, tem-se os dados para semi-eixos maior de 4, 6 e 8 metros (estes dados foram realizados com a latitude de Campos dos Goytacazes-RJ).

Tabela 02: Dados do software R.S.A. para semi-eixos de 4, 6 e 8 metros.

 O software apresenta os resultados dos cálculos em duas tabelas: os ângulos horários e a escala de posicionamento do gnomo ao longo do ano.

De acordo com os aspectos apresentados, este projeto foi realizado com o intuito de incrementar o processo de ensino-aprendizagem por meio da utilização do relógio de sol analêmico, colocando o aluno no centro do processo de ensino aprendizagem, desenvolvendo o trabalho em grupo, aumentando assim a socialização deste aluno e realizando a interação professor-aluno-aprendizado. Esta interação ocorre de forma lúdica, o que é agradável para todas as partes envolvidas.

JUSTIFICATIVA 

Este projeto de pesquisa se justifica pelo fato do crescente distanciamento entre professor-aluno-aprendizado, quadro que tem que ser modificado, desta forma faz-se necessária a utilização de projetos que venham auxiliar o trabalho do professor no desenvolvimento metodológico aproximando o cotidiano do aluno e o conteúdo abordado de maneira a aguçar a natureza exploratória destes estudantes e motivá-los.

OBJETIVOS

Neste trabalho o principal objetivo foi investigar o processo de ensinoaprendizagem por meio da utilização do relógio de sol analêmico e assim concretizar um instrumento pedagógico de ensino. Assim:

  - Identificar nos livros didáticos, conteúdos que podem ser trabalhados com o auxílio do relógio de Sol. 

- Desenvolver um gabarito do relógio de Sol analêmico para facilitar sua elaboração. 

- Desenhar o relógio de Sol em unidades escolares. 

- Desenvolver e aplicar atividades junto aos professores e às turmas envolvidas.

METODOLOGIA DA PESQUISA 

Os relógios de sol podem ser desenhados no pátio das escolas. O pátio deverá passar por uma observação para seleção da área de maior incidência solar, assim foi definido onde o relógio seria aplicado. 

DEFINIÇÃO DO PONTO CARDEAL SUL 

Para que o relógio de sol funcione ele tem que ser construído na direção norte-sul, pois esta é a direção da sombra, já que o movimento aparente do Sol ocorre na direção leste-oeste. 

Na localização da linha norte-sul utilizou-se o fio de prumo (PROGRAMA AEB ESCOLA, 2011b). 

Construção e Utilização do Fio de Prumo 

O fio de prumo é muito utilizado na construção civil para verificar a verticalidade ou aprumo do elemento que está sendo construído. Aqui o fio será utilizado para a localização do ponto cardeal sul. Um método simples para sua construção está descrito na tabela 03. 

Tabela 03: Método para construção de um fio de prumo

Figura 10: Fio de prumo construído para a localização do ponto cardeal Sul.

 Após a montagem do fio de prumo, pode ser localizado o ponto cardeal Sul, para tal coloca-se o fio de prumo em um local plano e que possui incidência solar durante o dia inteiro. Na tabela 04, constam as etapas para utilização deste.

Tabela 04: Localizando o ponto cardeal Sul pelo fio de prumo. 

UTILIZANDO O SOFTWARE R.S.A. 

O software R.S.A. forneceu os dados necessários para a construção dos relógios de sol analêmicos. 

Para a elaboração dos dados foi fornecido ao aplicativo a latitude da cidade onde o relógio seria construído. Na tabela 05, estão estes dados.  

Tabela 05: Latitudes para o desenvolvimento dos dados pelo aplicativo RSA. 

Cidade - Latitude 

Itaocara - 21°40’09” 

Campos dos Goytacazes - 21°42’02”  

Devido à semelhança entre os dados fornecidos pelo software R.S.A. para as duas latitudes utilizou-se a latitude de Campos dos Goytacazes para a elaboração dos relógios. 

Outro dado fornecido ao programa foi o tamanho escolhido para o semieixo maior do relógio (3m). Assim, o software gerou os dados apresentados nas tabelas 06, 07 e 08, onde estão: tamanho, escala de localização do gnomo e os ângulos horários. 

Tabela 06: Dados referentes ao tamanho da elipse que forma o relógio de sol analêmico. 

Tamanho do semi-eixo maior (m) = 3

Foco maior (m) = 2,79

Semi-eixo menor (m) = 1,11 

Como o sol descreve o analema, em cada época do ano, o gnomo localizase em um local diferente no relógio solar analêmico.

..............DEPOIS CONTINUO..........