Seja íman por um dia Teach article
Traduzido por Pedro Augusto. O que acontece dentro dos ímanes? Esta atividade divertida destinada a alunos do Ensino Básico ajuda-os a descobrir a resposta – ao tornarem-se eles próprios em ímanes.
Gerações de crianças descobriram que os ímanes são muito divertidos em brincadeiras. A forma como o poder invisível do magnetismo os junta ou afasta é demasiado intrigante – uma força ativa que parece vir do nada. Os ímanes também são úteis – podem segurar objetos juntos, embora seja fácil separá-los de novo: o motor e as carruagens de um comboio de brincar, letras do alfabeto magnéticas, etc. – para não falar dos ímanes dentro de eletrodomésticos e dispositivos eletrónicos.
Geek3; fonte da imagem:
Wikimedia Commons
Mas o que é que os alunos aprendem sobre os ímanes simplesmente por brincarem com eles? Quando experimentam com ímanes em barra, que ideias formam acerca da natureza dos ímanes – tais como os seus pólos magnéticos e a sua estrutura interna?
Por um lado, as regras do comportamento dos ímanes são simples de descobrir e compreender: pólos opostos – norte ou sul – atraem-se, enquanto pólos semelhantes empurram-se ou repelem-se. Mas há uma conceção errada comum sobre os ímanes: que se podem separar os pólos norte e sul de um íman ao parti-lo a meio. De facto, isto apenas criaria dois novos ímanes, cada um com os seus próprios pólos norte e sul – como se pode demonstrar realizando esta experiência.
É claro que as inscrições nos ímanes – com N para norte num dos lados e S para sul no outro – encoraja essa conceção errada uma vez que sugere que os pólos estão apenas localizados nas extremidades dos ímanes. Por isso os professores descobrem, com frequência, ser difícil explicar porque não é possível separar os pólos dessa forma. Embora existam simulações e vídeos que podem ajudar a tornar isto claro (ver a secção de Recursos no final deste artigo), acreditamos que a melhor forma de explicar o fenómeno está no envolvimento dos alunos numa atividade que mostra a estrutura interna dos ímanes.
Conduzimos esta atividade com crianças de 10-12 anos mas pode valer a pena fazê-la também com crianças mais pequenas. As atividades mais a discussão demoram menos de uma hora.
Em primeiro lugar, mostramos o aspeto de um material não magnetizado e depois magnetizamo-lo. Após a magnetização discutimos a estrutura interna do íman. Finalmente, “partimos” o íman e falamos sobre o que aconteceu.
O que está dentro de um íman?
Esta atividade ajuda as crianças a entender que os ímanes têm estrutura interna – em vez de apenas um pólo norte num extremo e um pólo sul no outro.
Então, o que nos diz a ciência sobre o interior dos ímanes? O magnetismo vem da estrutura dos átomos dentro de um material – é por isso que alguns materiais (como o ferro e o aço) são magnéticos, mas a maioria não é. Cada átomo de um material magnético é um dipolo magnético, como um minúsculo íman, que se alinha segundo a direção de um campo magnético – tal como a agulha de um compasso se alinha com o campo magnético da Terra.
Se um pedaço de ferro não tiver sido magnetizada, os dipolos magnéticos dentro dele apontam em direções aleatórias. Através do material inteiro, cancelam-se uns aos outros e o materal não vai agir como um íman. Mas ao colocar o ferro num forte campo magnético encorajamos o alinhamento dos dipolos magnéticos na mesma direção, transformando o material num íman: agora tem um pólo norte e um pólo sul e pode atrair outros objetos feitos de materiais magnéticos. Isto é devido à sua estrutura interna, onde os dipolos estão alinhados – como representamos na atividade.
Material
- Pelo menos 10 alunos
- Coletes vermelho/azuis, um por aluno
Os coletes são vermelhos num lado (frente) e azuis no outro (costas). Podem ser feitos utilizando quadrados com 30 cm x 30 cm de pano vermelho e azul, unindo-os cosendo-os numa fita que serve de apoio nos ombros (figura 1). Alternativamente, utilizar quadrados de papel vermelho e azul presos com alfinetes às camisas normais dos alunos.
A imagem é cortesia de Katarína Krišková
Procedimento
Cada aluno representa uma pequena parte do íman, como um dipolo magnético. Este dipolo não pode ser dividido em duas partes – tal como uma pessoa não pode ser dividida em duas partes.
Atividade 1: Antes da magnetização
Cada aluno deve vestir um colete, garantindo que o lado vermelho está na frente e o azul atrás.
No início da atividade, os alunos alinham-se para formarem duas ou três linhas paralelas. Peça-lhes que se virem para direções ao calha. Isto significa que não deveremos ver nenhuma côr dominante (vermelha ou azul) de nenhuma direção (figura 2).
Nesta situação os alunos representam um material não-magnetizado, tal como um pedaço de aço antes de ser transformado em íman. Tal como os alunos, os dipolos magnéticos orientam-se segundo direções aleatórias; assim, o material não age como um íman.
A imagem é cortesia de Katarína Krišková
Atividade 2: Magnetizando o material
estrutura interna de um
íman: depois da
‘magnetização’ todos os
alunos olham na mesma
direção – como os dipolos
num íman.
A imagem é cortesia de
Katarína Krišková
Quando aplicamos um campo magnético ao material não-magnetizado, isto faz com que os dipolos magnéticos se alinhem para apontar na mesma direção. Ficando nas suas filas (que representam a forma de um íman) os alunos são virados por uma força externa – o professor – para olharem na mesma direção.
Agora a olhar para a frente, os alunos podem apenas ver a parte azul dos coletes – e olhando para trás apenas a parte vermelha (figura 3). (Lembrar aos alunos para virarem apenas a cabeça e verem este efeito – não o corpo todo, senão o efeito desaparece.)
Os alunos agora representam um material magnetizado – um íman. Tem dois pólos, um vermelho e um azul, representados pela cor dos coletes que pode ser vista de cada extremo da fila. Mas, ao contrário do que acontece num íman real, podemos ver a sua estrutura interna: os pólos vermelhos e azuis encontram-se por todo o lado no íman.
Atividade 3: Partindo o íman em duas partes
Finalmente, vamos ‘partir’ o íman em duas partes. Isto é feito simplesmente dividindo cada fila em dois. Por exemplo, se tivermos duas filas com oito alunos cada uma, separa-se cada fila depois de quatro alunos (mantendo-as paralelas). Peça aos alunos para se afastarem uns dos outros no local de separação de forma a obtermos dois grupos separados de alunos.
Os alunos podem depois ver o que acontece quando se parte um íman: a estrutura interna mantém-se mas o tamanho do íman mudou. Nós não separámos os pólos do íman – apenas criámos dois ímanes mais pequenos.
Não interessa como separamos o íman – ao comprido ou lateralmente. Os alunos podem explorar este aspeto ‘partindo’ o íman de formas diferentes – por exemplo, mantendo cada fila intacta mas afastando-as uma da outra em vez de as separar no meio.
Captando a atividade
É uma boa ideia tirar algumas fotos enquanto a atividade decorre de forma a obter as melhores visões dos ímanes-alunos em situações diferentes. Pode usar estas imagens depois da atividade ou noutra aula para discutir o que acontece dentro dos ímanes.
Agradecimentos
Esta atividade foi iniciada pela Science on Stage Slovakiaw1 e mais desenvolvida durante o acampamento de verão University Without Borders para crianças de 10-12 anos na Pavol Jozef Safarik University em Košice, Eslováquia, em julho de 2015. A atividade também é realizada na secção de magnetismo do centro de ciência SteelPark em Košice.
Web References
- w1 – Science on Stage é a rede europeia de professores de ciência, tecnologia, engenharia e matemática (STEM), iniciada em 1999 pelo EIROforum, o editor do Science in School. Science on Stage junta professores de ciências de toda a Europa para uma troca de ideias e boas práticas de ensino com colegas entusiastas de 25 países.
Resources
- Leia uma explicação simples de ímanes e de como eles funcionam.
- Visite o site da University of Colorado Boulder para uma simulação de um íman e do campo em torno dele, incluindo uma opção para ver dentro dos ímanes.
- Veja um video que explica o magnetismo a nível atómico de uma forma simples.
- Para informação sobre a magnetização de um material em termos de domínios magnéticos (pequenas áreas que contêm dipolos magnéticos) e como estes mudam quando um material é magnetizado, ver:
- The National High Magnetic Field Laboratory website.
- The Nondestruction Testing Resource Center website.
- Para ver dois vídeos sobre magnetismo que são conceptualmente mais avançados do que a atividade deste artigo e que podem ser mais adequados para professores ou alunos do Ensino Secundário, ver:
Institutions
Science on StageReview
A atividade descrita neste artigo inclui uma boa forma de ilustrar o magnetismo e de encorajar os alunos a mexerem-se. Para alunos mais velhos, a atividade pode conduzir a uma discussão sobre onde podemos encontrar magnetismo no dia-a-dia, por exemplo no campo magnético da Terra ou em utilizações médicas.
Erland Andersen, Dinamarca