Um arco-íris na sua sala
Traga um arco-íris para dentro da sua sala e descubra de onde vêm as cores das substâncias.
- suporte universal com garra
- rolha que passe pelo furo do CD
- corantes alimentícios azul verde e vermelho
- indicador ácido-base (azul de bromotimol)
- béqueres de 100 mL
Montando o CD no suporte:
Prenda a rolha atravessando o furo do CD, de modo que a parte espelhada fique apontando para o lado de fora. Prenda a rolha na garra e ajuste a garra em um suporte universal alto.
Máscara de cartolina preta:
Corte um quadrado de cartolina preta do tamanho da base do retroprojetor (cerca de 30 cm de lado). Faça dois furos de 2,5 cm de diâmetro separados por cerca de 2 cm e centralizados na cartolina.
Projetando o arco-íris:
Coloque o retroprojetor apontando para a direção oposta da tela ou parede onde o arco-íris será projetado. Ajuste o suporte com o CD para que a luz dos dois furos da cartolina incida na superfície prateada. Com as luzes da sala apagadas, observe a projeção do arco-íris. Ajuste a posição e inclinação do CD para obter um arco-íris para cada feixe de luz, lado a lado. Ao tampar o furo esquerdo da cartolina, você irá notar que o arco-íris da direita desaparece e vice-versa.
Preparando as soluções coloridas, cuidados e descarte:
Prepare uma solução dos corantes alimentícios colocando algumas gotas em cerca de 40 ml de água, tomando o cuidado de não deixar a solução muito escura. Você pode usar béqueres de 100 ml ou outro frasco que tenha uma base plana e sem imperfeições. Coloque o béquer com o corante sobre um dos furos da cartolina. Observe o arco-íris formado pela luz que atravessou o corante e compare com o original, vindo da luz branca do retroprojetor. Ajuste a concentração e quantidade da solução de corante para conseguir observar bem o espectro projetado. Teste as três soluções de corante antes da apresentação.
As soluções utilizadas nesta demonstração são totalmente seguras. Elas podem ser guardadas em um frasco fechado e reaproveitadas muitas vezes, evitando assim o descarte.
Apresentando a demonstração:
Mostre aos alunos um CD e pergunte o que eles observam na sua superfície quando a luz incide sobre ele. Pergunte o que é esperado acontecer quando a luz do retroprojetor incidir no CD. Apague as luzes da sala e acenda o retroprojetor. Ao ligá-lo. você pode comentar que a luz que vem da lâmpada é branca e comentar sobre o que ocorre na formação do arco-íris com o CD.
Usando as soluções como filtros:
Pergunte aos alunos o que eles esperam que aconteça com o arco-íris quando uma solução colorida, por exemplo, verde, for colocada sobre a luz branca. Alguns alunos podem achar que as cores complementares ao verde vão aparecer na projeção, e outros podem prever que apenas a cor verde será vista. Coloque a solução sobre o furo da cartolina como no passo 4. Repita o procedimento com os três corantes, sempre pedindo aos alunos que façam uma previsão sobre o que irá ocorrer.
Fazendo reações químicas com mudança de cor:
Coloque cerca de 40 ml de água destilada em dois béqueres de 100 ml. Acrescente a mesma quantidade (algumas gotas) de azul de bromotimol a cada um e agite. A solução deverá estar verde e não muito escura. Coloque os dois béqueres sobre os furos da cartolina e observe o seu espectro. Em um dos béqueres adicione uma gota de uma solução 0,1 mol/L de ácido clorídrico. Chame a atenção dos alunos para o tato de que esta solução é incolor. Agite o béquer e observe a mudança na cor da luz refletida e no espectro. Repita o procedimento anterior com outro béquer, usando uma solução 0,1 mol/L de hidróxido de sódio.
Figura 1. (a) arco-íris sendo formado pela difração da luz branca. (b) a solução colorida é colocada em um dos furos. (c) a luz com a cor escolhida é projetada na tela.
Um CD ou DVD apresenta linhas muito próximas, numa espiral muito longa, que começa no centro do CD e na qual os dados são armazenados. Para se ter uma idéia de quão próximas estas linhas são, basta dizer que a trilha tem cerca de 0,5 micrômetro de largura e a distância entre uma e outra trilha é de 1,6 micrômetro (um micrômetro corresponde a um milionésimo de metro). A espiral tem cerca de 5 km de comprimento.
A luz branca que sai do retroprojetor é uma radiação eletromagnética que pode ser vista como uma coleção de ondas de diferentes frequências. Cada cor apresenta uma frequência e, portanto, um comprimento de onda diferente. As ondas emitidas que nosso olho consegue enxergar são chamadas de luz visível. A luz visível inclui radiações que vão de 400 nanômetros (violeta) a 700 nanômetros (vermelho), ou seja, de 0,4 a 0,7 micrômetros. Podemos ver que o comprimento de onda da luz visível é da mesma ordem de grandeza da distância entre as trilhas do CD. Assim, o CD funciona como uma rede de difração, onde cada comprimento de onda é refletido em um ângulo diferente, e assim enxergamos o espectro contínuo das cores.
No espectro obtido, nós podemos notar que o nosso corante azul deixa passar principalmente luz azul e um pouco de luz verde, mas bloqueia completamente toda a luz amarela, laranja e vermelha. Do mesmo modo, o corante vermelho deixa passar principalmente luz vermelha, bloqueando as demais.
Quando colocamos um corante no caminho da luz, parte dessa radiação é absorvida. Isso ocorre porque os elétrons nas moléculas do corante podem "pular" de um nível de energia para outro, de maior energia. O pulo é dado quando a energia da luz corresponde à diferença de energia entre os dois estados da molécula. No caso de um corante azul, a radiação absorvida é principalmente a da luz amarela e vermelha (600 a 700 nm). Dessa forma, o corante é azul porque absorve as cores complementares e deixa passar a luz azul, que chega até o nosso olho.
No caso do indicador ácido-base, a estrutura da molécula muda conforme a acidez da solução. Isso faz com que a molécula absorva outros comprimentos de onda da luz e efetivamente mude de cor.
No arco-íris natural, observado no céu quando o sol aparece logo após uma chuva, são as gotículas de água na atmosfera que separam as diferentes cores da luz do sol. A água das gotas possui um índice de refração diferente do ar ao seu redor. Quando a luz atravessa um meio em que o índice de refração muda, ela é ref ratada em um certo ângulo. Este ângulo muda dependendo do comprimento de onda da luz e, assim, cada cor percorre um caminho diferente, refletindo na superfície interna da gota e saindo em um ângulo diferente.
Ciência na tela: experimentos no retroprojetor – Alfredo Luis Mateus, Débora d'Ávila Reis, Helder de Figueiredo e Paula, editora UFMG.