Experimentos!!!!!

ATIVIDADES E EXPERIMENTOS
Projeto Ripe
Construindo um Relógio de Sol com Garrafa


Objetivo
Construir um relógio de sol e entender seu funcionamento.

Material
Placa de madeira de 60 cm de comprimento e largura entre 20 e 40 cm.
Placa de madeira de 40 cm de comprimento e largura entre 5 e 15 cm.
Placa de madeira de 15 cm de comprimento e largura entre 5 e 15 cm.
Garrafa plástica transparente de 2 litros.
Arame (de aço, se possível) com um comprimento de 70 cm aproximadamente.
Pregos.


Procedimento

Figura 1 - O movimento diurno do Sol e o Gnomon

O sol, durante o dia, tem um movimento aparente noqual descreve um arco de círculo.Esse movimento regular foiusado durante sáculos peloshomens para medir o tempo.Construíam-se assim os relógiosde sol.
O relógio de sol mais simples era o GNOMON uma simples vara fincada no solo.
O Sol, durante seu movimento, projetava a sombra da vara sobre o solo.Esse movimento aparente do Sol tem inclinações diferentes em regiões diferentes.O ângulo que a trajetória forma com o horizonte é 90º - latitude, ou seja, devemos subtrair, de 90º, o valor da latitude do local.
Assim, numa cidade como Macapá que está praticamente no Equador, eque tem, por essa razão latitude 0º, a trajetória teria uma inclinação:
90º - 0º = 90º
Dessa maneira, o Sol, naquela região, tem uma trajetória que é praticamenteperpendicular ao horizonte.
No caso de Belo Horizonte que tem latitude 20º, o Sol tem uma trajetóriaque tem uma inclinação igual a:
90º - 20º = 70º
O relógio de Sol que vamos construirutiliza, em lugar da vara fincada nosolo, um fio de arame dentro de umagarrafa de plástico.
Mais ainda vamos fazer com queos raios solares fiquem sempre perpendicularesao arame. Para isso,devemos apontar o arame para o póloSul Celeste, ou seja, o arame deveestar apontado para o sul geográfico einclinado de um ângulo igual à latitudedo lugar.

Figura 2

Na parte de fora da garrafa, é colocada uma tira de papel graduada e sobre aqual será projetada a sombra do arame indicando a hora solar no local.

Figura 3 - A base que sustenta o relógio


Figura 4 - Detalhes do relógio e da base


Figura 5 - O arame central que vai projetar a sombra

Como podemos fazer isso na prática?
Em primeiro lugar vamos construir uma base de madeira que vai servir parasustentar a garrafa. A garrafa deve ser furada na parte central inferior e nocentro da tampa de modo que possamos introduzir o arame dentro damesma. Este último deve ser dobrado como mostra a figura acima.

Figura 6 - Detalhe do relógio com os pregos.

Na base de madeira, na haste menor que vai sustentar a garrafa, faz-se umfuro com um diâmetro igual ao do arame. É neste furo que a parte menor doarame é introduzida. Na haste maior existe uma fileira de pregos que permiteque o relógio de sol seja usado em várias latitudes do Brasil. Para issodamos abaixo, uma tabela que indicará onde colocar os pregos.
Tabela de latitudes e suas respectivas distâncias.
Cidade Latitude Altura
Macapá 0° 2' N 0 cm
São Luis 2° 39' S 2,31 cm
Fortaleza 3° 35' 3,13 cm
Natal 5° 46' 5,05 cm
J. Pessoa 7° 10' 6,29 cm
Recife 8° 0' 7,03 cm
Maceió 9° 40' 8,52 cm
Aracaju 11° 0' 9,72 cm
Salvador 13° 0' 11,54 cm
Brasília 15° 55' 14,26 cm
Goiânia 16°35' 14,89 cm
B. Horizo. 20° 0' 18,20 cm
R. Janeiro 22° 50' 21,05 cm
S. Paulo 23° 40' 21,91 cm
Curitiba 25° 20' 23, 67 cm
Floriano. 27° 30' 26,03 cm
P. Alegre 30° 5' 28,96 cm

É necessário, para o uso dessa tabela, que entre o furo onde o arame estáencaixado e a fileira de pregos exista uma distância de 50cm. Ver figura acima.
Quando a garrafa está na horizontal como na figura anterior, teríamos um relógio de Sol para uma cidade como Macapá, ou seja, muito próxima do Equador.Assim colocaríamos um prego, na haste maior de maneira que o arame ficassehorizontal. Esse prego corresponderia a uma latitude zero. O prego seguinte estaria na mesma reta, mas um pouco mais acima. Esse prego corresponderia a, porexemplo, São Luis, com uma latitude de 2º 39'.
A distância entre o prego correspondente a São Luis e o de Macapá é de2,3 cm aproximadamente.
Desta maneira podemos ir colocando os pregos até aquele que correspondea Porto Alegre, com uma latitude de 30º 06' e que distaria do primeirode uns 29 cm aproximadamente. Para que a garrafa mantenha-se estável podemossegurar o arame contra a haste de madeira usando um elástico.
O relógio não precisa ser variável isto é dependente da latitude. Pode-seconstruir um relógio no qual o arame já seja fixo definitivamente.
A escala que serve para medir as horas precisa ser construída de acordocom as dimensões da garrafa de plástico utilizada. Ela tem a forma que estáindicada na figura abaixo.

Figura 7 - A tira de papel com as horas.

Entre os pontos A e B devemos ter um comprimento igual à metade do perímetroda garrafa. Meça então o perímetro da garrafa enrolando, por exemplo,um papel em volta da mesma e fazendo uma marca no papel. Esse comprimentoAB deverá ser dividido em 12 partes iguais que serão as 12 horas entre 6 horase 18 horas de um dia. Algumas garrafas têm um perímetro de 12 polegadas. Paraelas temos um molde da escala que vai anexo.
Existem ainda mais os dois pedaços mais externos da escala que correspondemàs 5 horas e 19 horas (ou mais, se quisermos). A distância entre as horascontinua sendo a mesma, usada anteriormente.
Necessitamos dessas marcas, pois durante o verão, no hemisfério Sul, oSol, em alguns locais, nasce antes das 6 horas e se põe após as 18 horas.
Para utilizar o relógio de Sol bastará agora apontá-lo para o Sul depois decolocar o arame no prego correspondente à latitude local. Como o arame estácom a inclinação da latitude, o relógio, ao ser apontado para o sul geográfico, automaticamente ficará apontado para o pólo sul celeste.
Agora, como apontar o relógio para o Sul? Usando uma bússola podemoster uma idéia aproximada de onde está o sul geográfico. Lembre-se que a bússolamostra a direção do Sul (ou Norte) magnético. Isso feito coloca-se o relógioapontado para essa direção.
Se o relógio não estiver bem na direção Sul, duas horas que são simétricascom relação ao meio dia, por exemplo, 11 horas e 13 horas ou 10 horas e 14 horas,não terão sombras simétricas no relógio. Sabendo-se para que lado assombras estão deslocadas, podemos "acertar" o relógio, ou seja, colocá-lo na direção Sul. Quando isto acontecer, ou seja, quando ele estiver certo, ele estará apontado para a direção Sul. Esta maneira de determinar onde está o Sul é bem mais precisa do que aquela que utiliza uma bússola.
Este relógio de Sol pode auxiliar a entender porque nas regiões um poucodistante do Equador, os verões são mais quentes e os invernos mais frios.
Tudo depende do número de horas de iluminação que o local recebe.
Vamos mostrar isso através de um exemplo. Colocando uma lâmpada acesa,como mostra a figura abaixo, diante do relógio de sol.

Figura 8 - O Sol no verão

Note que existem 3 lâmpadasdesenhadas mas somente uma, a maisacentuada, que consideraremos acesa.Essas 3 lâmpadas estão sobreuma linha reta que representaria o horizontedo local. Colocamos também ofilamento de lâmpada paralelo ao arame,pois sabemos que o movimento doSol, em torno do arame é tal que sempreos raios solares atingem o arameperpendicularmente.
Colocada dessa maneira, a lâmpada (o Sol), estaria numa posiçãomais próxima do pólo Sul Celeste. Isso corresponderia ao verão nohemisfério sul. Note que a sombra do arame vai ser projetada numa horaanterior à 6 horas da manhã. Isto é o Sol está nascendo antes de 6 horasda manhã. Se deslocássemos a lâmpada em torno do arame, sempreperpendicularmente ao mesmo, veríamos que o Sol iria se por após 18 horas.Ou seja, nessa época, o dia é longo então o local recebe muita luz ecalor diariamente, logo teremos verão nessa época.
Por outro lado, se colocarmos alâmpada numa posição como a da figuraà esquerda, a sombra do aramevai ser projetada após 6 horas e quandogiramos a lâmpada em torno do arameveremos, do lado oposto, que oSol se põe antes de 18 horas.

Figura 9 - O Sol no inverno.

Isso significa que o dia é maiscurto. O local, nessa época recebemenos luz e calor do Sol. É época doinverno.
Veja que, nessa situação, a lâmpada está do lado oposto ao pólo Sul. Istorepresentaria uma situação na qual o Sol (a lâmpada) está no hemisfério norte. Épor isso que temos inverno no hemisfério Sul. É claro que, como o Sol está nohemisfério norte, lá teremos verão.

Figura 10 - O Sol na primavera ou no outono.

Finalmente, a figura 10 representaa época em que o Sol passa do hemisférioNorte para o Sul ou vice-versa.É a época da primavera ou do outono.Nesse dia, quando isso acontece, oSol nasce, exatamente, às 6 horas emorre às 18 horas. Nessa data, a noitee o dia têm 12 horas. O dia é igual anoite. Daí, chamarmos esse dia de equinócio(igual à noite).

Figura 11



Projeto Ripe
Projeto de elaboração de materiais lúdicos e de baixo custo desenvolvido nos anos 1990 em diversos centros (Ludotecas) em todo o país, coordenados pela Experimentoteca-Ludoteca do IFUSP.

Construindo um Relógio de Sol com Garrafa
Fonte: http://www.cienciamao.usp.br/