Construir um relógio de sol

Os alunos constroem um relógio de sol para medir o tempo. Explicam como um relógio de sol funciona com a luz do sol. Dizem as horas usando um relógio de sol e comparam a exatidão e precisão deste método com as formas modernas de saber as horas.

Após a execução da atividade, os alunos serão capazes de:

• designar diferentes instrumentos para dizer as horas;

• explicar como um relógio de sol funciona com a luz do sol;

• demonstrar como se diz as horas por meio de um relógio de sol.

No início da atividade, perguntar aos alunos se sabem dizer as horas e que instrumentos conhecem para medir o tempo.

• Pedir aos alunos que descrevam o que acontece à posição e à dimensão da sombra no relógio de sol ao longo de um dia.

• Pedir aos alunos que expliquem a razão para a posição do Sol se alterar durante o dia. Incentivar os alunos a ilustrar através do desenho ou a demonstrar a rotação da Terra em torno do seu eixo e a posição do Sol em diferentes horas do dia.

• Pedir aos alunos que leiam a hora com o relógio de sol em diferentes momentos do dia e comparem a sua leitura com um método moderno de dizer as horas (por exemplo, um relógio de pulso ou de parede).

• 12 pedras grandes
• tesouras
• cola
• um pau comprido com cerca de 150 centímetros
• um transferidor grande
• um marcador
• uma bússola para indicar o norte
• uma ficha de trabalho por aluno

Opcional:

• pedras pequenas adicionais
• relógio de sol equatorial (PDF)

O Sol

O Sol é uma estrela, uma bola de gás ardente, que emite luz e calor. É uma estrela normal, nem muito grande nem muito pequena e nem muito jovem nem muito velha. É a fonte de calor que sustém a vida na Terra e controla o nosso clima e tempo. É a estrela mais próxima da Terra e a mais atentamente estudada. A partir dela aprendemos muito sobre os processos físicos que determinam a estrutura e a evolução das estrelas em geral.

Observar o Sol

Olhar diretamente para o Sol, ainda que por breves instantes, é má ideia – os nossos olhos são muito sensíveis à sua luz. Mesmo às escuras, pelo menos quando só existe uma ínfima

quantidade de luz, os nossos olhos continuam a conseguir detetar objetos. Imagine-se portanto o que aconteceria se uma área tão pequena como o olho focasse a luz intensa do Sol. Os detetores de luz na parte de trás dos olhos queimar-se-iam. Infelizmente, ao contrário de uma queimadura na pele, os olhos provavelmente nunca recuperariam e haveria o risco de perder a vista.

Se quiserem conhecer uma demonstração extremamente visual dos danos que o Sol pode causar, consultem o blogue de astronomia de Stuart Lowe http://www.strudel.org.uk/blog/astro/000347.shtml. Ele criou um vídeo sobre o que acontece quando é colocada uma uva contra a ocular de um telescópio apontado diretamente para o Sol sem filtros. A uva começa rapidamente a enegrecer e a queimar-se. Os olhos são muito mais delicados do que uma uva, pelo que a demonstração é uma forma poderosa de nos lembrar que devemos ter cuidado quando olhamos para o Sol. Por isso, aconteça o que acontecer, nunca olhem diretamente para o Sol.

Relógio de sol

Durante o dia, notamos a passagem do tempo graças ao Sol no céu. Como a Terra completa uma rotação sobre o seu eixo num dia, o Sol parece nascer a leste no início do dia, subir até ao ponto mais alto ao meio-dia e desaparecer a seguir no horizonte, ao fim da tarde, a oeste. Os babilónios observaram este movimento do Sol e construíram o relógio de sol, que foi a primeira versão de um relógio de parede ou de pulso. Utilizando a luz do sol e o relógio de sol, os babilónios dividiram o dia em horas.

As horas num relógio de sol são mostradas por uma sombra produzida por um gnómon, que incide sobre uma superfície chamada mostrador ou plano. Devido às nossas diferentes localizações relativamente ao Sol, um relógio de sol usado no hemisfério norte tem de ser invertido para poder ser usado no hemisfério sul.

Existem tipos distintos de relógios de sol. A sombra pode ser projetada no solo, criando um relógio de sol horizontal, ou numa parede, criando um relógio de sol vertical. As linhas que indicam as horas são diferentes em função da latitude do local. Se usarmos um relógio de sol no Polo Norte no verão, as marcas horárias terão uma separação de 15 graus. Um dia equivale a 24 horas e uma rotação divide-se em 360 graus. Assim, 1 hora num relógio de sol é representada por 15 graus de rotação.

Um relógio de sol equatorial tem um mostrador paralelo ao equador da Terra. O gnómon deve ser perpendicular ao mostrador para estar inclinado a um ângulo igual à latitude do observador e apontar diretamente para norte. As linhas das horas são espaçadas de 15 em 15 graus.

Imagem: exemplo de um relógio de sol equatorial

Preparação

Para a atividade “O relógio de sol grande”, é necessário um campo de jogos que esteja iluminado pelo Sol durante a maior parte do dia.

Que horas são?

Perguntar se algum dos alunos usa relógio. Porque é que é útil ter um relógio? Explicar que há 600 anos ninguém usava relógio. Perguntar como as pessoas desse tempo sabiam as horas. Antes da invenção do relógio mecânico, era muito mais difícil saber as horas. As pessoas acabaram por descobrir que podiam usar o Sol para dizer as horas. Fizeram isto usando um relógio de sol.

Conselho. Há muito tempo as pessoas também usavam outros dispositivos para saber as horas, como ampulhetas.

Algum dos alunos já viu um relógio de sol? Sabe como funciona? Explicar que um relógio de sol tem um pau ou ponteiro que produz uma sombra. Este chama-se gnómon. É importante, no hemisfério norte, que o gnómon aponte sempre para norte, caso contrário não é possível ler o relógio de sol. Explicar que a Terra gira em torno do seu eixo. Quer isto dizer que a posição do Sol em relação à Terra está constantemente a mudar. Demonstrar isto, se necessário, usando uma lanterna e uma laranja ou globo. Explicar que a sombra de um objeto também muda com a rotação da Terra. O relógio de sol faz uso deste facto. Olhando para a posição da sombra do gnómon no relógio de sol, é possível dizer que horas são.

Os alunos constroem dois relógios de sol.

Informação útil. Quando o sol está direitamente a sul (no hemisfério norte) ou a norte (no hemisfério sul) e a sombra aponta na direção oposta, é meio-dia. Quer isto dizer que são

exatamente 12 horas pela hora solar. A hora solar não é sempre exatamente a mesma que a hora que o nosso relógio indica. A razão é que a hora que usamos hoje não se baseia na posição real do Sol no céu.

Construir um relógio de sol

Distribuir tesouras, cola e a ficha da atividade.

Os alunos completam a Tarefa 1 na ficha de trabalho.

Importante: para calcular o ângulo do gnómon, é necessário conhecer a latitude da cidade onde se vive. Esta pode ser consultada num atlas ou na Internet. Por exemplo, a latitude de Londres é de 51 graus N, pelo que o ângulo necessário num relógio de sol é de 51 graus. As instruções constam da ficha de trabalho. Quando o relógio de sol está pronto, os alunos devem instalá-lo num sítio qualquer com a seta virada para sul. Em locais no hemisfério sul, o ângulo continua a ser igual à latitude, mas o gnómon deve apontar para norte.

Os alunos leem a hora indicada pelo relógio de sol. São capazes de ver que horas são? Os alunos completam a Tarefa 1 na ficha de trabalho. Discutir as tarefas. Chegar à conclusão de que hoje sabemos sempre exatamente a hora porque não faltam relógios à nossa volta. Há muito tempo, quando não havia relógios de pulso ou de parede, era muito mais difícil saber as horas. E, naturalmente, não era possível usar um relógio de sol à noite.

Informação útil. O meio-dia solar é a hora em que o sol está diretamente por cima; normalmente acontece por volta das 12h00, mas poderá variar em função do fuso horário e da longitude em que nos encontramos. A longitude deve compor-se de um algarismo, X, e de uma letra, E ou O, a indicar o este ou o oeste. O fuso horário deverá ter o formato GMT/UTC + H.

Se a longitude for Este, o meio-dia solar deverá ser dado por (X/15) – H +12; no oeste, deve ser dado por – (X/15) – H +12. Deve ser arredondado para o número inteiro mais próximo por um questão de simplificação.

O grande relógio de sol

Construir um grande relógio de sol com os alunos. Levar os alunos para o exterior para um local em que haja sol durante a maior parte do dia. Marcar a direção do norte, usando uma bússola se necessário.

Pousar o transferidor grande sobre o lado comprido na erva. Usá-lo para medir o ângulo correto em relação ao solo, como acima descrito. Espetar o pau firmemente no solo no ângulo escolhido, voltado para norte. Ver como este passo deve ser realizado na figura.

De hora em hora os alunos colocam uma pedra grande no solo onde a sombra do pau recai. Um dos alunos usa o marcador para anotar o número da hora na pedra. As pedras pequenas podem ser usadas para assinalar os quartos de hora e as meias horas.

Imagem: relógio de sol horizontal

Caso os alunos não sejam levados ao exterior de hora em hora, pode-se colocar dois marcadores de pedra, um de manhã (por exemplo, às 9h00) e outro à tarde (por exemplo, às 14h00). Naturalmente, o relógio de sol será menos preciso.

Para terminar o relógio de sol, o resto do dia, após as aulas, tem de ser dividido usando as pedras. No exemplo a seguir indicado, passaram cinco horas, pelo que o tempo intermédio deve ser dividido por cinco. Incentivar os alunos a escrever os números das horas nas pedras e a colocá-las na posição correta. No dia seguinte, levar os alunos ao exterior para ver se são capazes de ler as horas. Os alunos comparam a hora que leem no relógio de sol com a hora indicada num relógio.

Qual é o grau de precisão do seu relógio de sol? Discutir que há muito tempo era mais difícil e menos preciso saber as horas do que é hoje.

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Navigation through the ages, Instruments for Navigation

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Navigation through the ages, instruments

National Curricula

KS1: Year 1 - Maths, measurement: measure and begin to record time. KS2: Year 5 - Science, Earth and Space: use the idea of the Earth’s rotation to explain day and night and the apparent movement of the Sun across the sky.

Reino Unido

KS1: 1.º ano Matemática - Medição: medir e começar a registar o tempo. KS2: 5.º ano Ciências - Terra e espaço: usar a ideia da rotação da Terra para explicar o dia e a noite e o movimento aparente do Sol através do céu.