Scielo RSS <![CDATA[Revista Brasileira de Ensino de Física]]> http://www.scielo.br/rss.php?pid=1806-111720150001&lang=pt vol. 37 num. 1 lang. pt <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.br/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.br <![CDATA[Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM): Uma análise crítica]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172015000101101&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt <![CDATA[Modelagem computacional do tráfego de veículos pela teoria microscópica]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172015000101301&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt A necessidade de modelar o fluxo de veículos tem se tornado uma prioridade nos grandes centros urbanos e vias de trânsito em geral. Esse tipo de modelagem pode ser usado como ferramenta para estabelecer novas estratégias, políticas de gerência e controle de tráfego para melhorar a eficiência do sistema de transportes. O tráfego de veículos pode ser representado fisicamente por três escalas: microscópica, macroscópica e cinética. Na modelagem matemática de sistemas físicos complexos, tais como o tráfego, nenhuma representação destas escalas é efetivamente consistente com a física do sistema analisado. Por outro lado, os autômatos celulares vêm se destacando entre os principais modelos computacionais para simulação do tráfego de veículos devido a sua capacidade de representar as principais características do tráfego, utilizando regras simples e baixo custo computacional. A diferença nesse tipo de modelagem é de não envolver nenhum tipo de equação. O principal objetivo deste trabalho é compreender o uso da modelagem computacional no estudo do tráfego de veículos por meio dos autômatos celulares. Isso é feito apresentando um modelo que emprega regras microscópicas na movimentação dos veículos em pista com uma faixa em sentido único. Os resultados obtidos são os gráficos da densidade vs. fluxo, conhecido como diagrama fundamental, e da densidade vs. velocidade<hr/>The necessity to model the flow of vehicles has become a priority in large urban centers and transit routes in general. This type of modeling can be used as a tool to establish new strategies, policy management and traffic control, to improve efficiency in the transport system. The vehicle traffic can be physically represented by three scales: microscopic, kinetic and macroscospic. In mathematical modeling of complex systems, such as traffic, none of these scale representations is effectively consistent with the physics of the system analyzed. On the other hand, cellular automata are distinct among the main computational models for simulation of vehicular traffic due to its ability to represent the principal characteristics of the traffic by using simple rules and low computational cost. The difference is that this type of modeling does not involve any kind of equation. The main objective of this work is to understand the use of computational modeling in the study of vehicular traffic through cellular automata. This is done by presenting a model that employs microscopic rules on movement of vehicles on the track with a single one-way road. The results are expressed through by graphs, flow vs. density, known as the fundamental diagram, and density vs. velocity. <![CDATA[Ressonância em bússolas acopladas]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172015000101302&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Neste trabalho analisamos as pequenas oscilações de duas bússolas acopladas. O padrão das oscilações e frequências de ressonância das agulhas é comparado com o modelo de um sistema constituído por dois osciladores massa-mola acoplados por uma mola. As medidas e análise são realizadas com base em vídeos produzidos em condições controladas e com o auxílio do software de análise de vídeos Tracker.<hr/>In this study, we explored the small oscillations of two coupled compasses. The pattern of oscillations and resonance frequencies of the needles is compared with the model of a system comprised by two spring-mass oscillators coupled by a spring. The measurements and analysis are performed on the basis of videos produced under controlled conditions and with the aid of Tracker video analysis software. <![CDATA[Construção geométrica da órbita de Marte pelo método de Kepler]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172015000101305&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Neste trabalho apresentamos o método de construção da órbita marciana em torno do Sol sugerida por Kepler, em 1605, a partir das medidas observacionais de posição deste planeta disponíveis na época. Mostramos que esta construção não é uma das tarefas mais simples e que a realização desse exercício se revela um bom instrumento didático ao colocar em evidência a dificuldade de escolher uma elipse de baixíssima excentricidade, no lugar de uma circunferência, como a curva que descreve as órbitas planetárias em torno do Sol.<hr/>In this work we present the construction method of the martian orbit around the sun as suggested by Kepler in 1605, from the observational measurements of the position of this planet were available at that time. We show that this construction is not a simple task, and that exercise is a good teaching tool to make clear the difficulty of choosing an ellipse with very low eccentricity, instead of a circle, as the curve that describes the orbits of the planets around the sun. <![CDATA[Esferas de gás em estado de equilíbrio sob ação da gravitação própria]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172015000101308&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Nesse pequeno trabalho discutimos estados de equilíbrio de estrelas, consideradas como um corpo de gás sujeito à ação da força gravitacional própria, utilizando um modelo analítico simplificado. Usamos uma condição para o estado de equilíbrio de um corpo de gás na forma de uma equação diferencial que relaciona distribuição de pressão e densidade de massa no corpo. Foram discutidas as distribuições de densidade de massa da forma constante, potencial, exponencial e gaussiana. Foram obtidas expressões exatas para a distribuição de massa e de pressão na direção radial e para a pressão central.<hr/>In the paper we discuss equilibrium states of stars, using a simplified analytic model. A star is considered as a self-graviting body of gas. We use a condition for the equilibrium state of the body in the form of a differential equation, which relates the pressure distribution and mass density in the body. The density distributions of constant, potential, gaussian, and exponential forms are discussed. Exact expressions for the distribution of mass and pressure along the radial direction, and the central pressure were obtained. <![CDATA[Caracterização experimental da permissividade dielétrica de materiais através da técnica de refletometria no domínio do tempo]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172015000101315&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Do ponto de vista eletromagnético, uma ampla gama de materiais não apresentam resposta magnética significativa, podendo ser caracterizados inteiramente por uma grandeza conhecida como permissividade dielétrica complexa, na qual a parte imaginária está associada à condutividade elétrica do material. O objetivo geral deste trabalho é apresentar didaticamente e utilizando instrumentos de medida comumente encontrados nos laboratórios de cursos graduação em física e engenharia, uma técnica simples que permita a caracterização experimental da permissividade dielétrica complexa no espectro de RF, baseada na refletometria no domínio do tempo, permitindo ao estudante associar conceitos teóricos do eletromagnetismo às técnicas experimentais do mundo real. Primeiramente a teoria geral da permissividade dielétrica complexa e sua dependência em relação à frequência e aspectos microscópicos dos materiais será apresentada e brevemente discutida. Posteriormente, será considerada a técnica tradicional de medida de permissividade, baseada no uso de um circuito RC, onde o capacitor é preenchido com o material que se quer caracterizar, evidenciando assim a conexão entre as propriedades do material em teste com grandezas de circuitos elétricos. Na sequência, a técnica da refletometria no domínio do tempo, cuja base está na propagação de ondas eletromagnéticas em linhas de transmissão, é apresentada e detalhadamente discutida. Tendo em vista o aspecto didático, a água e o material FR-4, amplamente empregado na fabricação de placas de circuito impresso, serão caracterizados utilizando a técnica de refletometria.<hr/>From the electromagnetic viewpoint, the wide variety of non-magnetic materials can be entirely characterized by a physical quantity known as complex dielectric permittivity, in which the imaginary part is related to the electrical conductivity. The aim of this contribution is to present an experimental technique using standard measurement equipments commonly encountered in didactic laboratories, based on the time domain reflectometry, to measure the dielectric permittivity of materials in the RF spectrum, helping students to perceive the connection between theory and practice. First of all, the general theory of the complex dielectric permittivity is presented and typical dependence of the permittivity versus frequency are briefly discussed and illustrated. Next, we discuss the standard permittivity measurement technique based on the RC circuit, in which the capacitor is filled with the material medium to be characterized. Finally, the time domain reflectometry technique is presented in the context of permittivity determination, and for didactic purposes, water and the material known as FR-4, used in printed circuit boards, are experimentally characterized. <![CDATA[Construção de uma balança simples para determinação da tensão superficial de líquidos]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172015000101503&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Neste trabalho está sendo proposto a construção de uma balança com materiais de baixo custo para determinação da tensão superficial de líquidos. A confiabilidade das medidas foi comprovada comparando os resultados obtidos com aqueles apresentados na literatura para líquidos simples, e empregando o método da ascensão capilar para o caso de outros líquidos. Por este método, os erros sistemáticos dos resultados obtidos foram reduzidos consideravelmente. O princípio de funcionamento do dispositivo consiste na medida da força necessária para desprender uma lâmina de vidro parcialmente imersa em um líquido. Os valores da tensão superficial são calculados com base nos conceitos de momento de forças, e considera as interações intermoleculares entre a lâmina e a superfície do líquido.<hr/>In the present work, it is suggested the construction of a balance using low-cost materials in order to determine surface tension of liquids. The reliability of the measurements was confirmed by comparing these results with those reported in the literature using capillary rise method for simple liquids. In the proposed method, the systematic errors from the obtained results obtained with this device are reduced considerably. The principle of the device’s operation consists of measuring the force required to remove/detach a glass slide partially immersed in a liquid. The values of surface tension are calculated based on concepts of moment of a force (torque) and considering intermolecular interactions between glass and liquid surface. <![CDATA[O experimento didático do lançamento horizontal de uma esfera: Um estudo por videoanálise]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172015000101507&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Os roteiros e livros que servem de guias para o ensino de Mecânica nos laboratórios didáticos de física experimental no ensino superior costumam apresentar uma experiência que consiste em abandonar uma esfera metálica do topo de uma plataforma de lançamento curva suspensa por um suporte apoiado sobre uma bancada. Ao alcançar a base da plataforma, a esfera é lançada horizontalmente deixando marcado o seu alcance em uma folha com o auxílio do papel carbono. Essa experiência serve para ilustrar a conservação da energia mecânica, supondo a hipótese de que a esfera execute um rolamento puro, bem como mostrar a importância de levar em conta a sua energia cinética de rotação. Contudo, na forma como o experimento é tradicionalmente apresentado não há uma descrição em tempo real do movimento e por isso não é possível perceber que a esfera desliza e rola na maior parte do percurso, só alcançando a condição de rolamento puro ao final da plataforma. Esse equívoco no tratamento é o motivo da sistemática diferença entre o balanço de energia previsto e aquele obtido pelas medidas experimentais. Neste trabalho, desenvolvemos um modelo teórico que considera tanto a curvatura da plataforma como os efeitos de borda devido ao encaixe parcial da esfera na largura da calha. Através da videoanálise extraímos dados experimentais do movimento completo que ilustram claramente uma transição do rolamento com deslizamento para o rolamento puro para diferentes ângulos de inclinação inicial analisados, bem como obtemos o valor aproximado do tempo de transição para um dos casos.<hr/>The scripts and books that are used as guides for teaching Mechanics in the undergraduate laboratory of experimental physics in higher education often have an experiment that consists in dropping a metal ball on top of a curve launching platform suspended and attached on a support bench. Upon reaching the base of the platform, the ball is launching horizontally marking the reach range on a sheet using the carbon paper. This experience serves to illustrate the conservation of mechanical energy, assuming the hypothesis that the ball rolls without slipping, and the importance of taking into account its rotational kinetic energy. However, as the experiment is traditionally presented there is no description of the motion in real time so it is not possible to realize that the ball rolls and slides in most of the way, only reaching the condition of pure rolling at the end of the way. This misconception is the reason of the systematic difference between the predicted energy balance and that one obtained by experimental measurements. In this paper we develop a theoretical model that takes into account the curvature and the width of the track and using video-analysis we extract experimental data of the full movement that clearly illustrate a transition from rolling with slipping to pure rolling for different initial tilted angles analyzed, as the estimated value of the transition time for one of the cases. <![CDATA[Uma proposta inovadora de ensino de física experimental no início do Século XX]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172015000101601&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Este trabalho analisa os três volumes da obra Problemas Práticos de Physica Elementar, de Heitor Lyra da Silva, editada entre 1916 e 1929, destinada a alunos dos então cursos regulares (primário e secundário) e profissional. Rompendo com os padrões de ensino da época, sua didática pretendia ser a mais simples e objetiva possível. O instrumental proposto foi concebido para que fosse acessível a todas as regiões do país. A metodologia de ensino é de aprendizado direto, por repetição e análise crítica dos resultados experimentais. A estrutura e a finalidade da obra se inseriam no contexto do chamado Movimento Renovador, consolidado na década de 1920, que visava uma educação individualizada que respeitasse as diferenças no desenvolvimento de cada estudante. No entanto, as ideias inovadoras da educação sob princípios liberais não conseguiram se impor às correntes conservadoras que dominavam o cenário educacional brasileiro, sendo a nova proposta didática relegada ao esquecimento.<hr/>This work analyses the book Practical Problems of Elemental Physics, written by Heitor Lyra da Silva and published between 1916 and 1929. It was written to students of the elementary and high schools, and technical courses. Unlike the current teaching methods, didactics intended to be as simple and objective as possible. The proposed instruments are of a basic conception and can be easily assembled by teachers and students anywhere in the country. The teaching method is direct learning, based on repetition of the experiments and a critical analysis of experimental data. The structure and the objective of the book show characteristics of the so called Renovation Movement, consolidated in the 1920s, whose objective was to establish an individual education, respecting the differences of the development of each student. However, the new educational ideas under liberal principles have failed to overcome the conservative currents that dominated the Brazilian educational scenario. This new didactic proposal was later abandoned.