Resumo em Português:

Neste trabalho, o conceito e a origem histórica do processo físico conhecido como reconexão magnética são apresentados, bem como um dos primeiros modelos analíticos que serviu como base teórica para futuras investigações do fenômeno. A reconexão pode ocorrer entre dois ou mais regimes de plasmas magnetizados próximos o suficiente para que efeitos magneto-hidrodinâmicos não ideais permitam a reestruturação topológica dos seus respectivos campos magnéticos. Como consequência, o plasma pode ser acelerado num curto espaço de tempo, tal como observado em fenômenos físicos explosivos como, por exemplo, as explosões (flares) solares. Focam-se nos primeiros esforços analíticos propostos para explicar o processo segundo a perspectiva da magneto-hidrodinâmica. A reconexão magnética tem o potencial de tornar-se um mecanismo universal o qual pode ser utilizado no auxílio ao entendimento de uma miríade de processos físicos ocorrendo tanto em plasmas de laboratório, como em plasmas astrofísicos.

Resumo em Inglês:

In this work both the concept and historical origins of the physical process known as magnetic reconnection are presented, as well as one of the first analytical models which was used as theoretical basis for future investigations on the phenomenon. Magnetic reconnection can occur between two or more magnetized plasma regimes which are close enough to allow non-ideal magnetohydrodynamic effects to take place and consequently change the topological structure of the interacting magnetic fields. As a result, the plasma can be accelerated in a short amount of time, as has been observed in explosive physical phenomena like solar flares. In this work, it is emphasized the first mathematical efforts employed in order to understand and describe reconnection according to the point of view of magnetohydrodynamics. Magnetic reconnection has the potential of becoming a universal mechanism which can be used to help to understand a myriad of physical processes occurring in both laboratory and astrophysical plasmas.

Resumo em Português:

Analisamos o comportamento quântico de um sistema descrito por um potencial assimétrico unidimensional constituído por um degrau junto a (i) uma barreira linear ou (ii) uma barreira exponencial. Resolvemos a equação dos valores próprios da energia por meio do método da representação integral, classificando as soluções independentes como classes de equivalência de caminhos homotópicos no plano complexo. Discutimos a estrutura dos estados ligados como função da altura U0 do degrau e estudamos a propagação de um pacote de onda pontiagudo refletido pela barreira. Para ambos os casos linear e exponencial fornecemos uma fórmula explícita para para o retardo τ(E) como função da energia de pico E. Exibimos o comportamento ressonante de τ(E) para energias próximas de U0. Ao analisar o comportamento assintótico para grandes energias das funções próprias do espectro contínuo, mostramos também que, como esperado, τ(E) se aproxima do valor clássico para E→∞, divergindo assim para o caso linear e zerando para o caso exponencial.

Resumo em Inglês:

We analyze the quantum-mechanical behavior of a system described by a one-dimensional asymmetric potential constituted by a step plus (i) a linear barrier or (ii) an exponential barrier. We solve the energy eigenvalue equation by means of the integral representation method, classifying the independent solutions as equivalence classes of homotopic paths in the complex plane. We discuss the structure of the bound states as function of the height U0 of the step and we study the propagation of a sharp-peaked wave packet reflected by the barrier. For both the linear and the exponential barrier we provide an explicit formula for the delay time τ(E) as a function of the peak energy E. We display the resonant behavior of τ(E) at energies close to U0. By analyzing the asymptotic behavior for large energies of the eigenfunctions of the continuous spectrum we also show that, as expected, τ(E) approaches the classical value for E→∞, thus diverging for the step-linear case and vanishing for the step-exponential one.

Resumo em Português:

Escoamentos viscosos não são, em geral, discutidos de maneira detalhada em cursos de física geral e básica. Isso se deve, em parte, ao fato da equação de Navier-Stokes admitir solução analítica apenas para alguns poucos casos restritos, enquanto problemas mais sofisticados só podem ser resolvidos por meio de métodos numéricos. Neste trabalho, apresentamos um túnel de vento simulado, i.e., apresentamos um conjunto de programas de resolver a equação de Navier-Stokes para um objeto de formato arbitrário inserido em um túnel de vento. O túnel nos possibilita visualizar a formação de vórtices atrás do objeto, os conhecidos vórtices de von Kármán. É possível também calcular a força de arrasto sobre o objeto. Acreditamos que este túnel de vento numérico possa subsidiar o professor e permitir que uma discussão mais elaborada de escoamentos viscosos seja realizada. As potencialidades do túnel são exemplificadas por meio do estudo do comportamento da força de arrasto sobre um modelo simplificado de asa cujo ângulo de ataque pode ser controlado. Um link para o download dos programas que compõem o túnel é apresentado ao final do texto.

Resumo em Inglês:

Flow of viscous fluids are not usually discussed in detail in general and basic courses of physics. This is due in part to the fact that the Navier-Stokes equation has analytical solution only for a few restricted cases, while more sophisticated problems can only be solved by numerical methods. In this text, we present a computer simulation of wind tunnel, i.e., we present a set of programs to solve the Navier-Stokes equation for an arbitrary object inserted in a wind tunnel. The tunnel enables us to visualize the formation of vortices behind object, the so-called von Kármán vortices, and calculate the drag force on the object. We believe that this numerical wind tunnel can support the teacher and allow a more elaborate discussion of viscous flow. The potential of the tunnel is exemplified by the study of the drag on a simplified model of wing whose angle of attack can be controlled. A link to download the programs that make up the tunnel appears at the end.

Resumo em Português:

Usando as triangulações propostas pelo antigo astrônomo Aristarco, obtivemos neste trabalho o tempo total e a duração do máximo dos eclipses solares e calculamos o tempo total dos eclipses lunares. Para isso, usamos os valores do período orbital da Lua e os valores das razões entre as distâncias Terra-Lua e o diâmetro da Terra. Combinamos esses valores com outros dois parâmetros geométricos, conseguidos a partir do tratamento das imagens dos eclipses do Sol e da Lua. Os resultados foram comparados com valores atuais.

Resumo em Inglês:

Using triangulations proposed by the ancient astronomer Aristarchus, we obtained in this work the total time to lunar and solar eclipses and the maximum duration of solar eclipses. For this purpose, we used the values of the orbital period of the Moon and the values of the ratio between the Earth-Moon distance and the Earth's diameter. We combined them with two other geometric parameters obtained from the processing of images of the Sun and Moon eclipses. The results were compared with current values.

Resumo em Português:

O artigo descreve a construção e modelagem simples de um protótipo de pequenas dimensões de um Coilgun – arma eletromagnética que dispara um projétil metálico cuja operação se assemelha aos motores elétricos lineares, que também acionam fechaduras magnéticas e atuadores. O projeto apresenta baixo custo, envolve construção com elementos facilmente encontráveis contudo envolve conceitos relativamente sofisticados de eletromagnetismo. O sistema pode ser empregado para estudos de física e também motores elétricos lineares, em Engenharia. O artigo discute modelos circuitais, análise da força magnética exercida no projétil e figuras do campo produzido a partir de um simulador eletromagnético. A instrumentação usada para medida da velocidade também é apresentada, com dados de medidas.

Resumo em Inglês:

The article describes the construction and simplified analysis of a small-scale Coilgun prototype – electromagnetic weapon that launches a metallic slug whose operation is similar to linear electric motors, also seen in magnetic locks. The design can be constructed with low cost and easily available components, though it involves sophisticated electromagnetism concepts. The system can be employed to Laboratory experiments on Physics as well as on Engineering, to address Electromagnetic Conversion of Energy, namely linear electric motors and actuators. The article discusses circuit models, the electromagnetic force on the slug and also field plots generated from a commercial simulator. The used instrumentation for velocity measurement is also presented, alongside with measured data.

Resumo em Português:

O conceito moderno de buraco negro como uma região do espaço-tempo da qual a luz não pode escapar tem suas origens no século 18 com John Michell e Pierre Simon Laplace. Neste trabalho apresentamos as abordagens destes dois cientistas buscando dar ao professor do ensino médio subsídios para a compreensão das idéias precursoras do buraco negro moderno da teoria de Einstein da gravitação.

Resumo em Inglês:

The modern concept of a black hole as a region of spacetime from which light cannot escape owns its origins to John Michell (1724-1793) and Pierre Simon Laplace (1749-1827). In the present work we review the approaches of these distinguished scientists in an attempt to provide the high school teacher with tools to understand those early ideas before the advent of the modern black hole of Einstein's gravitational theory.

Resumo em Português:

Um modo simples de medir a aceleração da gravidade g no laboratório de física do ensino médio e de física básica no ensino universitário com um microcontrolador da família Arduíno é proposto. Resultados experimentais com um erro relativo de 0,1% são apresentados e comparados com o valor local de g medido pelo Observatório Nacional, Rio de Janeiro.

Resumo em Inglês:

A simple way of measuring the terrestrial acceleration g in the basic lab that makes use of the Arduino microcontroller is proposed. Experimental results with a relative error of 0,1% were obtained and compared with the local value of g as measured by the Brazilian National Observatory at Rio de Janeiro.

Resumo em Português:

O módulo de Young (Y) é uma grandeza relacionada à elasticidade linear de um material. As técnicas mais comuns para se determinar o módulo de Young envolvem a medida da deformação de uma barra quando flexionada, ou a medida da deformação de um fio quando submetido a um esforço de tração. Outra técnica conhecida consiste na medida da velocidade do som (c) numa barra fina, a qual está relacionada a Y pela expressão Y=ρc2, onde ρ é a massa específica do material em estudo. Desse modo, conhecendo-se ρ, a determinação de Y se resume a medir c. Neste trabalho lançamos mão do método do tempo de voo de um pulso de compressão produzido em experimentos de colisão para medir a velocidade do som em diferentes materiais. O tempo de voo é o tempo necessário para um pulso de compressão percorrer a distância entre dois pontos da barra. Esse tempo foi medido através de uma montagem que utiliza duas chaves de contato mecânico associadas a um circuito elétrico contendo um contador eletrônico e um oscilador a cristal. Os experimentos foram realizados utilizando-se diferentes materiais (aço inox, latão e madeira) e calculados os respectivos módulos de Young com seus desvios estatísticos.

Resumo em Inglês:

The Young's modulus (Y) is a quantity related to the linear elasticity of a material. The most common techniques for determining the Young's modulus involve the measurement of the deformation of a flexed beam, or the measurement of the deformation of a wire submitted to a tractive effort. Another known technique consists of measuring the speed of sound (c) on a thin rod, which is related to Y by the expression Y=ρc2, where ρ is the density of the material under study. Thus, by knowing ρ, Y can be determined through the measurement of c. In this work we carried out collision experiments to generate compression pulses in thin solid rods and employ the time-of-flight method to measure the speed of sound in different materials. The flight time is the time needed for the pulse to cover the distance between two points of the rod. This time was measured by means of an assembly which utilizes two mechanical contact switches associated with an electric circuit comprising an electronic counter and a crystal oscillator. The experiments were conducted using different materials (stainless steel, brass and wood) and calculated the respective Young's modules and their statistical deviations.

Resumo em Português:

Neste trabalho exploramos o potencial didático de um motor homopolar linear com o objetivo de ilustrar o princípio de funcionamento de um acelerador de partículas. A fim de estabelecer o mecanismo de funcionamento de um motor homopolar linear, consideramos uma analogia com a descrição de um motor homopolar rotatório, e partir deste apresentamos os princípios de funcionamento deste dispositivo e estabelecemos um limite teórico para a velocidade do motor linear. De posse dos dados gerados experimentalmente para a velocidade do elemento móvel do motor, cujo o resultado está em conformidade com o limite teórico estabelecido, ilustramos o princípio de funcionamento de um acelerador de partículas linear (LINAC).

Resumo em Inglês:

In this work we explored the didatic potential of a linear homopolar motor for the purpose of illustrating the principle of operation of a particle accelerator. In order to establish the operating mechanism of a linear electric motor, we consider an analogy with the description of a rotary homopolar motor and from this we present the operating principles of this device and we establish a theoretical limit on the speed of the linear motor. Assuming experimental results for the speed of the movable element of the system, whose result is in accordance with the theoretical limit, we illustrate the operating principle of a linear particle accelerator (LINAC).

Resumo em Português:

Neste trabalho apresentamos uma breve discussão sobre a descrição matemática do fenômeno formação de padrão em sistemas biológicos, observando os modelos matemáticos de dinâmica de populações. Listamos vários exemplos de sistemas físicos, químicos e biológicos que exibem este fenômeno enfatizando, em cada um, os parâmetros principais envolvidos em seu entendimento. Mostramos que, no caso das populações, o fenômeno padrão pode ser modelado ao modificarmos a equação de Fisher-Kolmogorov, considerando uma interação não-local para o termo de competição. Apresentamos um estudo analítico e numérico da equação de Fisher-Kolmogorov com difusão e analisamos o papel dos termos de crescimento, difusão e competição na formação dos padrões.

Resumo em Inglês:

In this work we present a brief discussion of the mathematical description of pattern formation phenomena in biological systems through the mathematical models of population dynamics. We present some examples of physical, chemical and biological systems which exhibit this phenomena. For each system we show the main parameters that describe the patterns. We show that in the case of population, patterns can be described when we modify the Fisher-Kolmogorov equation, considering a non-local interaction for the competition term. We present an analytical and numerical study of the Fisher-Kolmogorov equation with diffusion and we analyze the role of growth, diffusion and competition term in the pattern formation.

Resumo em Português:

A parametrização da velocidade angular instantânea de um corpo rígido é usualmente descrita nos cursos de mecânica clássica com o auxílio dos ângulos de Euler. No entanto, para evitar problemas de singularidade na integração numérica das equações de movimento de rotação, outras formas de parametrização são mais interessantes. Dentre as diversas opções, os quatérnions são uma escolha bastante popular e com forte apelo prático na parametrização e integração das equações de Euler. Neste sentido, o presente artigo contribui com uma apresentação didática e comparação da integração numérica das equações de Euler para descrição do movimento de um giroscópio com a cinemática inversa solucionada via ângulos de Euler e por quatérnions, que não são comumente descritas em livros didáticos clássicos em um primeiro curso de mecânica. Busca-se mostrar que além deste trunfo numérico, a integração das equações de movimento com parametrização via quatérnions também pode ser usada com um fim didático mais nobre: introduzir e motivar os estudantes de um curso de mecânica, tanto físicos como engenheiros, no uso de outros sistemas algébricos mais avançados, como a Álgebra Geométrica (Álgebra de Clifford).

Resumo em Inglês:

The angular velocity of a rigid body is usually described in classical mechanics courses by using Euler angles. However, in order to avoid singularity problems on the numerical integration of the motion equations, another ways are more interesting. Among them, the quaternions are a very popular choice and with a strong practical appeal on the parameterization and integration of the Euler's equations. In this sense, this paper proposes a comparison between the numerical integration of the Euler equations of a gyroscope with the inverse kinematics solved through Euler angles and by quaternions, that are not commonly described in classical mechanics textbooks on a first mechanical course. The goal is to show that apart the numerical asset, the integration of the motion equations with the quaternions parameterization also can be used with a noblest didactical way: to introduce and motivate the students with the use of others more advanced algebraic systems, as Geometric Algebra (Clifford's Algebra).

Resumo em Português:

A dedução das expressões do momento e da energia de uma partícula na relatividade restrita é muitas vezes pouco satisfatória nos textos elementares. Em alguns textos, a dedução é feita com recursos a considerações quânticas ou eletrodinâmicos; em outros, através da introdução de conceitos pouco elementares, como quadrivetor, ou até mesmo de conceitos um tanto enganosos, como ”massa relativística”. No entanto, de acordo com ideias descritas por Einstein em 1935, é possível fazer uma dedução totalmente elementar dessas expressões, com base apenas nas transformações de Lorentz, nas leis de conservação e no limite newtoniano. Os argumentos utilizados permitem uma introdução clara e logicamente consistente aos conceitos básicos da dinâmica relativística.

Resumo em Inglês:

The derivation of the expressions of momentum and energy of a particle in special relativity is often less than satisfactory in elementary texts. In some, it is obtained by resorting to quantum or electrodynamic considerations, in others by introducing non-elementary concepts, like that of a four-vector, or even misleading ones, like “relativistic mass”. Nevertheless it is possible, following ideas described by Einstein in 1935, to obtain a fully elementary derivation of these expressions based only on the Lorentz transformations, on the conservation laws, and on the Newtonian limit. The resulting argument allows for a clearer and logically consistent introduction to the basic concepts of relativistic dynamics.

Resumo em Espanhol:

En una encuesta de diagnóstico planteada a estudiantes del ciclo básico universitario sobre el tema de tiro oblicuo, se obtiene un alto porcentaje de respuestas incorrectas sobre estimaciones referidas al roce del aire y otros fenómenos que influyen en el desplazamiento de un proyectil. Estos desaciertos están asociados al hecho de que, tanto en los textos como en el aula, se emplea un modelo físico simplificado que supone que la velocidad sólo varía por la gravedad. Si bien esta simplificación es razonable en los primeros niveles de enseñanza, no se aclara debidamente que en muchos casos prácticos tal modelo idealizado puede generar errores sistemáticos significativos si no son debidamente analizados sus supuestos y ámbitos de validez. Como una estrategia didáctica para superar estas dificultades, se propone una comparación de las trayectorias del modelo convencional con otras calculadas numéricamente incluyendo distintas fuerzas y efectos (resistencia del medio, empuje, fuerza de Coriolis, perfil de densidad del aire). Las trayectorias se analizan bajo diferentes condiciones y se discute la factibilidad de algunas simplificaciones en términos del error sistemático que introducen.

Resumo em Inglês:

In a diagnosis survey about ballistics, given to a group of undergraduate students, a high percentage of wrong answers was obtained about estimates of air resistance and other phenomena affecting the movement of a projectile. These mistakes are related to a simplified model widely used in textbooks as well as in lectures. This model assumes that the variation of velocity depends only on gravity. Although this simplification is admissible at this level of teaching, it is not appropriately explained that in many practical cases this idealized model can lead to considerable systematic errors if the hypotheses and validity scope are not duly analyzed. A teaching strategy to overcome these difficulties is proposed. Trajectories of the conventional model are compared with other trajectories computed numerically, including different forces and effects (air resistance, buoyancy, Coriolis force, air density profile). The numerical trajectories are analyzed under different conditions. Also, the viability of some simplifications is discussed, considering the systematic error that they introduce.

Resumo em Português:

A necessidade e utilidade de se considerar a interação com o ambiente quando da descrição da evolução temporal de sistemas quânticos vem sendo reconhecida nos mais variados ramos da física e de outras ciências. A representação de Kraus é uma forma geral e sucinta para descrever a dinâmica de sistemas quânticos abertos em muitas situações físicas relevantes. Neste artigo, nos abstendo da generalidade do formalismo de operações quânticas e evitando assim as complicações associadas, mostramos de forma simples como obter tal representação usando basicamente a evolução unitária do sistema fechado (sistema mais ambiente) e a função traço parcial. O exemplo de um átomo de dois níveis interagindo com o vácuo do campo eletromagnético é considerado para ilustrar a aplicação desse formalismo, que por fim é utilizado para estudar a evolução temporal da coerência quântica do átomo.

Resumo em Inglês:

The necessity and utility of considering the interaction of a quantum system with its environment when describing its time evolution have been recognized in several branches of physics and of other sciences. The Kraus' representation is a general and succinct approach to describe such open system dynamics in a wide range of relevant physical scenarios. In this article, by abdicating from the generality of the formalism of quantum operations and with this avoiding its associated complications, we show in a simple manner how we can obtain the Kraus' representation using basically the closed system (system plus environment) unitary dynamics and the partial trace function. The example of a two-level atom interacting with the vacuum of the electromagnetic field is regarded for the sake of instantiating this formalism, which is then applied to study the time evolution of the atom's quantum coherence.

Resumo em Português:

Neste trabalho investigamos as soluções da equação de Schrödinger de osciladores com massa dependente da posição utilizando o método algébrico de operadores escada e uma transformação canônica de ponto. Os resultados são ilustrados para um sistema onde m(x) ∝ x2. De posse das funções de onda, calculamos a informação de Fisher e a entropia de Shannon para a posição e momentum de uma partícula no estado fundamental deste sistema.

Resumo em Inglês:

In this work we investigate the solutions of the Schrödinger equation of position-dependent mass oscillators by employing the algebraic method of ladder operators and a point canonical transformation. The results are illustrated for a system where m(x) ∝ x2. From the wave functions, we calculate the Fisher information and Shannon entropy in the position and momentum for a particle in the ground state of this system.

Resumo em Português:

Na mecânica clássica, a segunda lei de Newton na forma Fres = dp∕dt, com p = mv, não admite massa variável. Verificamos que há uma certa confusão no meio acadêmico e na literatura quanto a isso, e fizemos um esforço para discutir essa questão de forma tanto acessível como rigorosa. Este artigo também possui um caráter prático, fornecendo auxílio para a resolução de problemas de mecânica clássica em que há variação de massa por acréscimo ou perda de matéria. Discutimos ainda o conceito de massa variável na teoria da relatividade especial – o que pode ser desconsiderado, por quem estiver interessado apenas na mecânica clássica.

Resumo em Inglês:

In classical mechanics, variable mass is not allowed in Newton's second law in the form Fres = dp∕dt, with p = mv. We think there is some confusion about it both in academia and also in the literature, and we made some effort to discuss this matter in an accessible and rigorous manner. This paper has also a practical nature, providing some help for problem solving in classical mechanics when there is mass variation by increase and/or loss of matter. The concept of variable mass in the special theory of relativity is also discussed – which can be disregarded by those who are interested only in classical mechanics.

Resumo em Português:

Nesse trabalho, nös apresentamos os tratamentos teórico e experimental do movimento de um disco dotado de quatro pontos de apoio sobre uma superfície horizontal com atrito. A solução matemática do problema é obtida com o uso do formalismo lagrangiano. Diferentemente do caso de uma superfície lisa, é preciso adicionar, às equações dinâmicas, as forças generalizadas que acoplam a dinâmica de translação do centro de massa e a dinâmica de rotação em torno deste. Em virtude da complexidade das equações, soluções numéricas são requeridas. A solução numérica permite obter a trajetória do disco e observar os efeitos do acoplamento no decaimento das energias mecânicas rotacional e translacional. Para procurar reproduzir a dinâmica calculada, um aparato experimental foi idealizado e construído. Além de reproduzir qualitativamente os efeitos previstos, o aparato foi aproveitado para aplicar uma sequência didática cujo objetivo é apresentar os conceitos de energia mecânica (potencial e cinética), suas transformações e sua perda irreversível por dissipação, em um nível condizente com os de estudantes do primeiro ano do ensino médio.

Resumo em Inglês:

In this work, we present the theoretical and experimental treatment of the motion of a disc supported by four points lying on a horizontal surface with friction. The mathematical solution of this problem was obtained in the context of the lagrangian formalism. Unlike the case of smooth surfaces, we need add to the dynamical equations the generalized forces that couple the dynamics of translation of the center of mass and the dynamics of rotation around it. Due to the complexity of the equations, numerical solutions are required. The numerical solution allows both to obtain the trajectory of the disc and to observe the effects of the coupling in the decays of the rotational and translational mechanical energies. Seeking for reproduce the calculated dynamics an experimental device was idealized and effectively build. Beyond to reproduce qualitatively the predicted effects, the device was also utilized to implement a pedagogical sequence in order to present the concepts of mechanical energy (potential and kinetic), its transformations and its irreversible loss by dissipation, in a depth adequate for a first year high school class.

Resumo em Espanhol:

Este artículo presenta una revisión de la literatura que aborda los principales referentes epistemológicos, psico-pedagógicos y didácticos en las investigaciones sobre actividades de Modelación y Simulación Computacional (MSC) en la enseñanza de la física (en los niveles de educación básica y media). La búsqueda principal se llevó a cabo en las siguientes bases de datos: Science Direct, Scopus, Web of Science y Google Scholar considerando artículos publicados entre 2003-2013 y en busca de las siguientes palabras clave: “computational modeling”; “computational simulation”; physics teaching”; “research in physics teaching” (también las correspondientes palabras clave en español y portugués fueron usadas en la búsqueda). Después de la lectura de los artículos seleccionados, consideramos sólo las implementaciones de MSC que tenían como propósito contribuir al aprendizaje de conceptos físicos. Los resultados muestran que: i) las investigaciones se basan en las ideas epistemológicas contemporáneas, excepto un artículo con concepciones positivistas; ii) hay varias teorías cognitivistas siendo utilizadas (Piaget, Ausubel, Vergnaud,…), pero Vygostky es el más prominente; iii) estrategias que promueven las interacciones sociales son preponderantes en las actividades de resolución de problemas, simulaciones integradas con experimentos y modelación. De hecho, sólo dos (2) estudios entre los 21 encontrados sobre MSC en educación básica y media hacen uso de Modelación Computacional, lo que demuestra que es necesario un poco de esfuerzo para introducir e investigar este tipo de actividad en la enseñanza de la física. Sin embargo, identificamos una tendencia a aplicar un fundamento principalmente pedagógico y didáctico para la implementación de actividades de MSC en el aula de clase.

Resumo em Inglês:

This paper presents a literature review covering the central epistemological, psychopedagogical and didactical framework on researches about Computational Modeling and Simulation (CMS) activities in physics education (Middle and High School levels). The main search was performed in the following databases: Science Direct, Scopus, Web of Science and Google Scholar considering articles published between 2003-2013 and looking for the following keywords: “computational modeling”; “computational simulation”; physics teaching”; “research in physics teaching”. (Also the corresponding keywords in Spanish and Portuguese were used in the search). After reading the selected articles, we kept only those implementations of CMS aiming to contribute to the learning of physics concepts. The results show that: i) the investigations are based on contemporary epistemological ideas, except one paper with positivist conceptions; ii) there are various cognitivist theory being used (Piaget, Ausubel, Vergnaud,…), but Vygostky is the most prominent; iii) strategies that promote social interactions are preponderant in activities of problem solving, simulations integrated with experiments and modeling. In fact, only two (2) studies among the 21 found about CMS at Midle and Hich School make use of Computational Modeling, showing that it is necessary some effort to introduce and investigate these kind of activity in physics education. Nonetheless, we identify a tendency to apply a mostly pedagogical and didactical basis towards the implementation of CMS activities within the classroom.

Resumo em Português:

Neste trabalho discutimos os cuidados que se deve tomar em fazer aproximações e nos termos que são desprezados, no caso particular da expressão para o período máximo de um pêndulo longo oscilando nas proximidade da superfície terrestre.

Resumo em Inglês:

In this paper we deal with the care one must have in adopting approximations in regard with terms that we choose to discard in the particular case of the expression for the maximum period of a long pendulum oscillating near the surface of the Earth.

Resumo em Português:

Este artigo descreve uma pesquisa realizada com estudantes de licenciatura em física de duas instituições públicas distintas. O grupo de 23 estudantes observados foi exclusivamente composto de alunos de sexto, sétimo e oitavo períodos. A pesquisa buscou identificar possíveis problemas conceituais dos alunos, suas habilidades para identificar o grau de dificuldade do problema e também averiguou secundariamente até que ponto os licenciandos dominam o cálculo como ferramenta para solução de problemas. Foi apresentado aos alunos um problema retirado de uma prova de vestibular de uma universidade federal. Essa questão, devido a um erro na elaboração, não tem como ser resolvida apenas com ferramentas matemáticas de Ensino Médio. Os alunos ainda responderam a um questionário semiestruturado que refletia suas percepções sobre o problema. Com base na análise de conteúdo do material escrito, obtido por meio da coleta de dados, percebemos que apenas dois estudantes obtiveram êxito na tarefa que lhes foi concedida, sendo que mais da metade deles falharam ao interpretarem conceitualmente o problema.

Resumo em Inglês:

This article describes a research with physics undergraduate students in two distinct public institutions. The group of 23 observed students was composed exclusively of students from sixth, seventh and eighth period. The research sought to identify possible conceptual problems of the students, their abilities to identify the level of difficulty of the problem; also, it was examined the extent that undergraduates dominate mathematical calculus as a tool for troubleshooting. It was presented to the students a problem taken from a federal university college entrance test. Due to an error in the preparation, this problem can only be solved with higher education mathematical tools. Students also answered a semi-structured questionnaire that identified their perceptions about the problem. Based on the analysis of the written collected material, we see that only two students were successful in the task, and more than half of them failed to interpret the problem conceptually.

Resumo em Português:

Este artigo propõe a construção de um instrumento eletrônico denominado luxímetro digital, aliando a simplicidade e o baixo custo, o que o torna mais simples e barato do que aqueles que se encontram no mercado. A sua construção tende a facilitar a difusão e o acesso a este tipo de instrumento de medidas entre professores do ensino médio e instituições de ensino, sendo ideal para constituir um laboratório de ciências.

Resumo em Inglês:

This paper proposes the construction of an electronic instrument called digital luximeter, combining simplicity and low cost, making it simpler and cheaper than those on the market. Its construction tends to facilitate dissemination and access to this type of measuring instrument between high school teachers and educational institutions, making it ideal to be a science lab.

Resumo em Português:

São descritos a construção e o funcionamento de um sistema de aquisição de dados automático de muito baixo custo formado por uma chave óptica (photogate) ativada por luz infravermelha, do tipo convencional, e um cronômetro digital comum com 0,01 s de resolução, alterado para ser acionado e parado eletronicamente pela chave óptica. O sistema é projetado para uso em medidas de intervalos de tempo e pode ser utilizado tanto em laboratórios universitários de física experimental como nos de Ensino Médio de física.

Resumo em Inglês:

It is described a very low cost system for automatic data acquisition consisting of a conventional photogate activated by infrared light, and a digital stopwatch with 0,01 s of resolution with the start/stop functions triggered by the photogate. The system is designed to determine time intervals and is intended for use in both first year undergraduate physics courses and in high school experimental physics laboratories.

Resumo em Português:

Entre os primeiros conceitos que alunos de graduação em física encontram nos seus estudos, há os de grandezas e dimensões físicas. Neste artigo pedagógico de revisão, usando a poderosa ferramenta da análise dimensional, vou partir desses conceitos para uma viagem através de vários ramos da física teörica, da mecânica até a gravidade quântica. Entre outras coisas, vou discutir um pouco sobre as constantes fundamentais da Natureza, o chamado “cubo da física” e o sistema de unidades naturais.

Resumo em Inglês:

Physical quantities and physical dimensions are among the first concepts encountered by students in their undergraduate career. In this pedagogical review, I will start from these concepts and, using the powerful tool of dimensional analysis, I will embark in a journey through various branches of physics, from basic mechanics to quantum gravity. I will also discuss a little bit about the fundamental constants of Nature, the so-called “cube of Physics”, and the natural system of units.