Scielo RSS <![CDATA[Revista Brasileira de Ensino de Física]]> http://www.scielo.br/rss.php?pid=1806-111720170001&lang=es vol. 39 num. 1 lang. es <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.br/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.br <![CDATA[The IBM Quantum Computer and the IBM Quantum Experience]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172017000100401&lng=es&nrm=iso&tlng=es O anúncio de um computador quântico que pode ser acessado de forma remota por qualquer pessoa a partir de seu laptop é um acontecimento de grande importância para os cientistas da computação quântica. Neste trabalho nós apresentamos o computador quântico da International Business Machines (IBM) e sua plataforma IBM Quantum Experience (IBM-QE) como uma proposta didática em estudos de computação e informação quântica e, não menos importante, como divulgação científica de tal anúncio feito pela equipe da IBM. Apresentamos as principais ferramentas (portas quânticas) disponíveis no IBM-QE e, por meio de uma simples estratégia, discutimos acerca de uma das fontes de decoerência nos chips de 5 q-bits da IBM. Como exemplo de aplicação do nosso estudo, nós mostramos como implementar o teleporte quântico usando o IBM-QE.<hr/>The announcement of a quantum computer that can be accessed remotely by anyone from its laptop is a big event for the quantum computation scientist. In this work we present the International Business Machines (IBM) quantum computer and its platform IBM Quantum Experience (IBM-QE) as a didactic proposal in quantum computation and information. In addition we also consider this paper as scientific divulgation of the IMB advertisement. In this paper we show the main tool (quantum gates) present in the IBM-QE and, through a simple strategy, we discuss about a possible decoherence source in the IBM 5 q-bit chips. As an example of application of our study, we show how to implement the quantum teleportation using the IBM-QE. <![CDATA[Pedagogical introduction to equilibrium Green's functions: condensed-matter examples with numerical implementations]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172017000100402&lng=es&nrm=iso&tlng=es The Green's function method has applications in several fields in Physics, from classical differential equations to quantum many-body problems. In the quantum context, Green's functions are correlation functions, from which it is possible to extract information from the system under study, such as the density of states, relaxation times and response functions. Despite its power and versatility, it is known as a laborious and sometimes cumbersome method. Here we introduce the equilibrium Green's functions and the equation-of-motion technique, exemplifying the method in discrete lattices of non-interacting electrons. We start with simple models, such as the two-site molecule, the infinite and semi-infinite one-dimensional chains, and the two-dimensional ladder. Numerical implementations are developed via the recursive Green's function, implemented in Julia, an open-source, efficient and easy-to-learn scientific language. We also present a new variation of the surface recursive Green's function method, which can be of interest when simulating simultaneously the properties of surface and bulk.<hr/>O método das funções de Green possui aplicações em diversos campos da Física, desde equações diferenciais clássicas a problemas quânticos de muitos corpos. No contexto quântico, as funções de Green são funções de correlação, das quais é possível extrair informação sobre o sistema em estudo, tais como densidade de estados, tempos de relaxação e funções respostas. Apesar de seu poder e versatilidade, este método é conhecido por ser trabalhoso e às vezes intrincado. Neste trabalho introduzimos as funções de Green de equilíbrio e a técnica de equação de movimento, exemplificando o método em redes discretas de elétrons não-interagentes. Começamos com modelos simples, como a molécula de dois sítios, as cadeias unidimensionais infinita e semi-infinita, e a rede escada em duas dimensões. Implementações numéricas são desenvolvidas através das funções de Green recursivas, implementadas em Julia, uma linguagem científica de código aberto, eficiente e de fácil aprendizado. Também apresentamos uma nova variante do método de função de Green recursiva de superfície, que pode ser útil para simular simultaneamente as propriedades de superfície e bulk. <![CDATA[La transición a la formulación covariante del electromagnetismo]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172017000100403&lng=es&nrm=iso&tlng=es Si bien se considera que el electromagnetismo nació como una teoría relativista, esto usualmente no se explota en la enseñanza universitaria al realizar la transición a la formulación covariante tetradimensional del electromagnetismo. En este trabajo se presenta una transición basada en consideraciones formales que surgen de las mismas ecuaciones del electromagnetismo. Esto permite fundamentar la transición, introducir notación y mostrar que las ecuaciones toman formas más sencillas y de interpretación más directa.<hr/>Although it is considered that the electromanetic theory was born as a relativistic theory, this is seldom used in undergrad education when making the transition to the covariant four-dimensional formulation of electromagnetism. In this work we present a transition based on formal considerations arising from the three-dimensional equations of electromagnetism. This allows to motivate the transition, introduce notation and show that the equations take a more simple form and a more direct interpretation. <![CDATA[On Dynamic of charged particles in Electric and Magnetic fields]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172017000100404&lng=es&nrm=iso&tlng=es Um desenvolvimento didático para determinar a solução da equação de movimento para uma partícula carregada imersa em uma região na presença de campos elétrico e magnéticos estáticos e homogêneos genéricos é proposto. Nossa proposta tem como alicerce a vantagem de, utilizando as propriedades da transformada de Laplace, podermos mapear um sistema de equações diferenciais não-homogêneas no problema simples de encontrar as soluções de um sistema linear de equações de primeiro grau. A partir da solução mais geral possível para o sistema, estudamos alguns casos particulares e recuperamos de forma simples alguns resultados já existentes na literatura. A fim de motivar nosso estudo, partimos do Teorema de Ehrenfest e discutimos como os resultados obtidos para o caso clássico podem ser interpretados na sua versão quântica.<hr/>A didactic development to determinate the solution of the motion equations for a charged particle under influence of electric and magnetic static and homogeneous fields is proposed. Our proposed uses the advantages and proprieties of the Laplace's transformation, to map a system of N non-homogeneous differential equations of second order in a system composed by N linear equations. From the solution more general for dynamics of the system, we study some particular cases to recover, of a simple way, the results present in the literature. In order to give a motivation to our study, we use the Ehrenfest's theorem and we discuss as the classical results can be interpreted in its quantum version. <![CDATA[Quartic oscillator and Jacobi elliptic functions]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172017000100405&lng=es&nrm=iso&tlng=es Tipicamente, pequenas oscilações em torno de um ponto de equilíbrio estável são movimentos harmônicos simples com frequência determinada pelo valor da segunda derivada da energia potencial no ponto de equilíbrio. Há casos anômalos, no entanto, em que a segunda derivada é nula e o termo de quarta ordem domina a expansão da energia potencial nas vizinhanças do mínimo. Neste caso, as pequenas oscilações são descritas pelo oscilador quártico. Por meio de um exemplo simples, em que ocorre a referida anomalia, discutimos o oscilador quártico e mostramos como sua equação de movimento pode ser resolvida em termos de funções elípticas de Jacobi. O exemplo oferece a oportunidade de familiarizar estudantes de graduação com essas funções importantes que não constam no currículo padrão dos cursos de física.<hr/>Typically, small oscillations about a stable equilibrium point are simple harmonic motions with frequency determined by the second derivative of the potential energy evaluated at the equilibrium point. There are anomalous cases, however, in which the second derivative vanishes and the fourth order term dominates the expansion of the potential energy in the neighborhood of the minimum. In this case, the small oscillations are described by the quartic oscillator. By means of a simple example, in which the said anomaly occurs, the quartic oscillator is discussed and it is shown how its equation of motion can be solved in terms of Jacobi elliptic functions. The example affords the opportunity to familiarize undergraduate students with these important functions that do not appear in the standard physics curriculum. <![CDATA[Display of the waveform and harmonic content of alternating electrical current in home appliances]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172017000100601&lng=es&nrm=iso&tlng=es O estudo da eletricidade nos cursos de graduação em Física pode ser mais motivador e eficiente se agregar novos desafios, como o uso de circuitos eletrônicos. Neste trabalho, exploramos os recursos eletrônicos do Arduino, de sensores de corrente elétrica baseados em indução eletromagnética, de resistores, de capacitores e de programas de computador. Apresentamos os resultados obtidos e os métodos para visualizar a forma de onda da corrente elétrica de alguns eletrodomésticos e o espectro de frequência destas formas de onda.<hr/>The study of electricity in undergraduate programs in physics can be more motivating and efficient if to add new challenges such as the use of electronic circuits. In this paper, we explore the electronic resources of Arduino, electric current sensors based on electromagnetic induction, resistors, capacitors and computer software. We present the results and the methods to display the waveform of the electric current of some home appliances and the spectrum of frequency of these waveforms. <![CDATA[A gift from Apollo: lasers, history, applications]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172017000100602&lng=es&nrm=iso&tlng=es Lasers definitivamente revolucionaram a ciência e sociedade em que vivemos e, portanto, merecem espaço nas salas de aulas de física. Este artigo apresenta uma breve discussão histórica e conceitual sobre a invenção do maser e do laser que pode ser utilizada no ensino médio e permite discutir tanto o princípio de funcionamento e as principais características de lasers, como monocromaticidade e coerência, quanto aspectos da relação entre ciência e sociedade no século XX, em especial sobre a influência das duas grandes guerras mundiais e da Guerra Fria na física. Além disso, são elencados os principais fatores que levaram à invenção do maser nos Estados Unidos e na União Soviética, quase que simultaneamente, e que estimularam o desenvolvimento de lasers nas principais potências da Guerra Fria e também no Brasil na década de 1960. Tanto a importância de ensinar física moderna no ensino médio quanto a importância da história das ciências como forma de discutir questões relativas à natureza das ciências e à relação das ciências com política e sociedade tem há muito sido enfatizada por pesquisadores em ensino de ciências, ênfase que foi incorporada à proposta da Base Nacional Curricular Comum que vem sendo elaborada pelo Ministério da Educação.<hr/>Lasers definitely transformed science and the society in which we live. Thus, they no doubt deserve space in physics classrooms. This article presents a brief historical and conceptual discussion on the invention of masers and lasers that may be used in physics classrooms of secondary schools and allows to discuss the working principle of masers and lasers, key concepts such as coherence and monochromaticity, as well as aspects of the dynamics between science, technology and society in the 20th century, in especial the impact of the two major World Wars and the Cold War on Physics. It also presents some of the main factor that led to the invention of masers in the United States and the Soviet Union, almost simultaneously, and that fostered the development of lasers in the major powers of the Cold War and Brazil in the 1960s.