Atenuação da luz em meios materiais : uma atividade de modelagem envolvendo três experimentos didáticos

Abstract

O fenômeno da atenuação da luz pelos meios materiais é pouco discutido nos cursos de Física em nível de graduação, principalmente no contexto das aulas experimentais. Neste artigo, discute-se uma atividade de laboratório sobre essa temática desenvolvida com a metodologia de ensino Episódios de Modelagem. A atividade envolve três experimentos explorados sob a perspectiva da Modelagem Didático-Científica, com o objetivo de dar sentido especialmente ao conceito de expansão de um modelo teórico. A problematização das investigações é derivada de discussões sobre como a poluição da água influencia na zona fótica dos oceanos. Para responder às questões levantadas, é necessária uma expansão do modelo de propagação da luz no vácuo, incluindo processos de absorção e espalhamento da luz pela matéria, que foi desenvolvida com base na Lei de Beer-Lambert. Com as práticas propostas, busca-se destacar como um modelo teórico da Física pode ser aprimorado através da inclusão de efeitos anteriormente desconsiderados, ampliando assim seu domínio de validade e capacidade preditiva, possibilitando a condução de discussões sobre a natureza do processo de modelagem científica em aulas experimentais. Para contrastar empiricamente o modelo teórico expandido, foram realizados três experimentos, cada um deles em um diferente meio material (vidro, solução de água + sal de cozinha e fumaça), com o uso de laser ou lâmpada de filamento. Foi dado particular destaque ao papel das idealizações assumidas no processo de construção, uso e validação do modelo construído, buscando, em cada situação, avaliar as consequências dessas simplificações da realidade. Dos resultados experimentais, conclui-se que: i. o modelo teórico expandido descreve a atenuação da intensidade luminosa em meios materiais com boa precisão e ii. a poluição dos oceanos pode contribuir para aumentar a extinção da luz solar, diminuindo assim sua penetração na zona fótica, reduzindo a taxa de fotossíntese das algas. O presente artigo pode contribuir para a área de ensino de Física não apenas trazendo uma atividade didática de laboratório inovadora, mas também servindo de referência para aqueles professores interessados na aplicação prática de atividades de modelagem, em particular aquelas centradas na expansão de um modelo teórico.

The attenuation of light by material medium is little discussed in Physics degree courses, especially in experimental classes. In this article, a laboratory activity on this theme is discussed to be conducted with the teaching methodology of Modeling Episodes. The activity comprises three experiments, explored from the perspective of Didactic-Scientific Modeling in order to make sense specially of the concept of expanding a theoretical model. The problematization of the investigations is derived from discussions about how water pollution influences the photic zone of the oceans. In order to answer the questions raised, it is necessary to expand the model of propagation of light in a vacuum, including processes of absorption and scattering of light by matter, which was done through Beer-Lambert’s law. With the proposed practices, it is sought to highlight how a theoretical model of Physics can be improved through the inclusion of previously disregarded effects, thus expanding its domain of validity and predictive capacity, enabling the conduct of discussions on the nature of the scientific modeling process in experimental classes. In order to empirically contrast the expanded theoretical model, three experiments were done, each one of them in defferent media (glass, solution of water + table salt and smoke), using lasers and lamps as light emitting source. Particular emphasis was given to the role of the idealizations assumed in the process of construction, use and validation of the constructed model, seeking to evaluate, in each situation, the consequences of these simplifications of reality. From the results of the experiments, it is concluded that: i. the expanded theoretical model describes the attenuation of light intensity in material media with good precision, and ii. the pollution of the oceans can contribute to increase the extinction of sunlight, thus decreasing its penetration in the photic zone, reducing the photosynthesis rate of the algae. This article can contribute to the field of Physics teaching, not only bringing an innovative laboratory teaching activity, but also serving as a reference for those teachers interested in the practical application of modeling activities, in particular those focused on the expansion of a theoretical model.