Física do ensino fundamental · Grades 1–9
18O Sol no céu: dias e estações
Em junho você brinca na rua depois do jantar, com uma luz dourada; em dezembro os postes acendem antes de você chegar da escola. O Sol mantém o velho hábito dele — sobe por um lado, passa pelo alto, desce pelo outro — mas a estrada dele pelo céu não é a mesma estrada o ano inteiro. Acompanhe o Sol durante um ano inteiro e você descobre as estações.
18.1 A estrada mutante do Sol
Exemplo 18.1 (Estrada de verão, estrada de inverno)
Observe o arco do Sol no auge do verão: ele nasce cedo, sobe muito alto — quase em cima da nossa cabeça ao meio-dia — e se põe tarde: uma estrada comprida e alta, e um dia comprido. No auge do inverno, o arco é baixo e curto: o Sol nasce tarde, nunca sobe muito acima dos telhados e se põe no meio da tarde. Entre os dois, na primavera e no outono, a estrada é intermediária — e o dia e a noite dividem as horas quase por igual.
Proposição 18.2 (A regra do meio-dia)
Em toda estação, o Sol fica mais alto no meio do dia — e nesse instante toda sombra está no seu tamanho mais curto do dia e aponta na mesma direção da sombra de meio-dia de ontem, e da de amanhã. As sombras de meio-dia são as setas mais confiáveis da natureza.
Exemplo 18.3 (Ler a estação numa sombra)
O comprimento da sombra de meio-dia muda com a estação: no verão, com o Sol quase em cima da cabeça, a sombra de meio-dia de um poste é um tocozinho curto; no inverno, com o Sol lá embaixo, o mesmo poste joga uma sombra comprida ao meio-dia. Marque no chão a ponta da sombra de meio-dia uma vez por mês e as marcas vão andar para lá e para cá ao longo do ano, como um pêndulo lento.
18.2 O relógio de sombra
Definição 18.4 (Relógio de sol)
Um relógio de sol é um relógio feito de sombra: uma haste ou uma lâmina fincada no sol, com marcas em volta mostrando onde a sombra cai a cada hora. Conforme o Sol percorre o arco dele, a sombra varre as marcas — devagar, em silêncio e sem uma única peça móvel.
Método 18.5 (Construir um relógio de sombra)
Numa manhã de sol, num lugar que fique ensolarado o dia inteiro:
- finque uma vareta reta em pé num chão plano (ou coloque-a de pé num balde de areia);
- a cada hora cheia, marque a ponta da sombra com uma pedrinha e escreva a hora na pedrinha com giz;
- continue até o fim da tarde.
Amanhã, a sombra vai visitar as suas pedrinhas no horário: a sua vareta agora diz as horas. (Por um tempo, pelo menos — conforme a estação escorrega, as sombras escorregam junto, e as suas pedrinhas vão aos poucos ficar erradas.)
18.3 O ano e as suas estações
Definição 18.6 (O ano e as estações)
Enquanto a Terra gira uma vez por dia, ela também percorre uma viagem enorme em volta do Sol — uma volta completa leva um ano, cerca de dias. Ao longo dessa volta, a estrada do Sol pelo nosso céu vai subindo e descendo devagar, e nós passamos pelas quatro estações: primavera, verão, outono, inverno — e depois primavera de novo, volta após volta.
Exemplo 18.7 (Os quatro quartos)
Verão: Sol alto, dias compridos, sombras curtas ao meio-dia. Inverno: Sol baixo, dias curtos, sombras compridas ao meio-dia. A primavera e o outono ficam no meio — e em cada um deles há um dia especial em que o dia e a noite duram exatamente o mesmo tempo. Os agricultores, os navegantes e os construtores de antigamente aprenderam a ler esse calendário direto no céu.
Observação 18.8 (O inverno não é “mais longe”)
É tentador chutar que o inverno é frio porque a Terra se afasta do Sol. Não é isso — a distância quase não muda, e, quando é inverno aqui, é verão para as crianças da outra metade da Terra no mesmíssimo instante, o que nenhum “mais longe” explicaria! A chave de verdade é a estrada baixa do Sol: Sol baixo, luz inclinada, aquecimento fraco. A explicação completa fica prometida para um capítulo mais adiante.
18.4 Exercícios
Exercício 18.1 ★
Em qual estação o arco do Sol é o mais alto e o mais comprido? E o mais baixo e mais curto? O que isso faz com a duração do dia?
Solução
Solução de Exercício 18.1.
O mais alto e o mais comprido no verão — fazendo dias compridos; o mais baixo e mais curto no inverno — fazendo dias curtos.
Exercício 18.2 ★
Em que momento do dia a sombra de um poste é a mais curta? O que mais a sombra de meio-dia tem de especial, dia após dia?
Solução
Solução de Exercício 18.2.
Ao meio-dia, quando o Sol fica no ponto mais alto. A sombra de meio-dia também aponta na mesma direção em todos os dias do ano — a seta mais confiável da natureza.
Exercício 18.3 ★
O mesmo poste joga uma sombra de meio-dia de botas de comprimento em junho e de botas em dezembro. Explique a diferença com as duas estradas do Sol.
Exercício 18.4 ★
Como um relógio de sol diz as horas? Do que é feito o ponteiro móvel dele?
Exercício 18.5 ★
No Método 18.5, por que a vareta precisa ficar num lugar ensolarado o dia inteiro? O que acontece com o relógio em tempo nublado — e de noite?
Solução
Solução de Exercício 18.5.
Se a sombra de um muro engolir a vareta em alguma hora, essa hora nunca poderá ser marcada nem lida. Com nuvens o relógio fica sem ponteiro — sem sombra — e de noite também não tem nenhum: um relógio de sol só funciona enquanto o Sol funciona.
Exercício 18.6 ★
Quanto tempo a Terra leva para dar uma volta em torno do Sol? Quantas estações cabem numa volta? Ponha-as em ordem, começando pela primavera.
Solução
Solução de Exercício 18.6.
Um ano — cerca de dias. Quatro estações por volta: primavera, verão, outono e inverno.
Exercício 18.7 ★
Quantos dias tem um ano, mais ou menos? E — de um capítulo anterior — quantas horas tem um dia? Qual viagem da Terra produz cada um deles?
Solução
Solução de Exercício 18.7.
Cerca de dias num ano; horas num dia. O dia é um giro da Terra em torno de si mesma; o ano é uma volta da Terra em torno do Sol.
Exercício 18.8 ★
Diga duas pistas, visíveis da sua janela numa única semana, que mostram se você está no auge do verão ou no auge do inverno, sem calendário nenhum.
Exercício 18.9 ★
Quando é inverno onde você mora, que estação é para as crianças da outra metade da Terra? O que isso prova sobre o palpite “o inverno acontece porque a Terra inteira está mais longe do Sol”?
Solução
Solução de Exercício 18.9.
É verão para elas, no mesmo instante. Se a Terra inteira estivesse mais longe do Sol, todo mundo teria inverno ao mesmo tempo — então o palpite tem de estar errado. A causa de verdade é a estrada baixa e a luz inclinada dela.
Exercício 18.10 ★★
Uma jardineira coloca as pedrinhas do relógio de sombra dela em março. Em junho a sombra não encosta mais nas pedrinhas nas horas marcadas. Será que a vareta se mexeu? Explique o que escorregou, usando o Exemplo 18.3.
Solução
Solução de Exercício 18.10.
A vareta não se mexeu — quem se mexeu foi a estrada do Sol. De março a junho o arco subiu mais alto, e as sombras encolheram e mudaram de lugar, de modo que agora a sombra não encontra as pedrinhas colocadas para a estrada de março. Um relógio de sol precisa ser lido junto com a sua estação.
Exercício 18.11 ★★
Uma exploradora acorda sem relógio e sem celular, vê o Sol exatamente no ponto mais alto e, uma hora depois, percebe que a sombra da barraca dela já está mais comprida que a altura da barraca. Que horas eram, mais ou menos, quando ela acordou, e ela está mais perto do auge do verão ou do auge do inverno? Argumente com a regra do meio-dia e com o comprimento da sombra.
Solução
Solução de Exercício 18.11.
O Sol no ponto mais alto quer dizer que ela acordou ao meio-dia. Se, uma hora depois, a sombra da barraca já está mais comprida que a altura da barraca, o Sol deve estar bem baixo mesmo perto do meio-dia — é a estrada baixa de inverno: ela está mais perto do auge do inverno.