Abstract in Portuguese:

O objetivo deste trabalho é o de apresentar, conceitualmente, a física dos quarks como um assunto acessível e motivador que ilustra, de maneira inequívoca, a relação teoria e experimentação em física. Conta-se a história dos quarks e utiliza-se essa história para exemplificar questões epistemológicas. Ao longo dessa narrativa, em nenhum momento faz-se uso de imagens de partículas elementares porque acredita-se que, nessa área da física, as imagens apenas reforçam obstáculos representacionais mentais que, praticamente, impedem a aprendizagem significativa.

Abstract in English:

The purpose of this paper is to present, conceptually, the physics of quarks as an accessible and motivating subject that shows unequivocally the relationship between theory and experimentation in physics. The quarks' story is told and this story is used to exemplify epistemological issues. Throughout this narrative images are never used because of the author's belief that in this area of physics the use of images may just reinforce mental representational obstacles that can almost hinder meaningful learning.

Abstract in Portuguese:

A descoberta de muitas partículas, especialmente nos anos 50, com o surgimento de novos aceleradores, causou a busca por um modelo que descrevesse de forma simplificada o conjunto de partículas conhecidas. O modelo de quarks, baseado nas estruturas matemáticas da teoria de grupos, forneceu no início dos anos 60 uma descrição simplificada da matéria hadrônica conhecida, propondo que três partículas, chamadas quarks, dariam origem a todos os hádrons observados. Este modelo foi capaz de prever a existência de partículas posteriormente detectadas, confirmando sua consistência. Extensões do modelo de quarks foram implementadas no início dos anos 70 com o objetivo de descrever partículas observadas que eram estados excitados das partículas fundamentais e outras que apresentavam novos números quânticos (sabores). Recentemente, estados exóticos do tipo tetraquarks e pentaquarks, chamados também de sistemas multiquarks, já previstos pelo modelo de quarks, foram observados, o que renovou o interesse na forma como os quarks estão confinados dentro dos hádrons. Neste artigo apresentamos uma revisão do modelo de quarks e uma discussão sobre estes novos estados exóticos.

Abstract in English:

The discovery of many particles, especially in the 50's, when new accelerators appeared, motivated the searching for a model that would describe in a simple form the whole of known particles. The quark model, based in the mathematical structure of group theory, provided in the beginning of the 60's a simplified description of hadronic matter already known, proposing that three particles, called quarks, would originate all the observed hadrons. This model was able to preview the existence of particles that were later detected, confirming its consistency. Extensions of the quark model were made in the beginning of the 70's, focusing in describing observed particles that were excited states of the fundamental particles and others that presented new quantum numbers (flavors). Recently, exotic states like tetraquarks and pentaquarks, also called multiquarks systems, predicted by the model, were observed, what renewed the interest in the way how quarks are confined inside the hadrons. In this article we present a review of the quark model and a discussion on the new exotic states.

Abstract in Portuguese:

Apresenta-se uma discussão atual sobre aspectos físicos e matemáticos da hipótese ergódica em mecânica estatística de equilíbrio. Então indica-se uma eventual postura para se justificar o ensemble microcanônico. Observa-se, também, que a dificuldade em se demonstrar a hipótese ergódica deveria ser esperada.

Abstract in English:

An updated discussion on physical and mathematical aspects of the ergodic hypothesis in classical equilibrium statistical mechanics is presented. Then a practical attitude for the justification of the microcanonical ensemble is indicated. It is also remarked that the difficulty in proving the ergodic hypothesis should be expected.

Abstract in Portuguese:

A equação de Klein-Gordon em uma dimensão espacial é investigada com a mais geral estrutura de Lorentz para os potenciais externos. A análise do espalhamento de partículas em um potencial degrau com uma mistura arbitrária de acoplamentos vetorial e escalar revela que o acoplamento escalar contribui para aumentar o limiar da energia de produção de pares. Mostra-se ainda que a produção de pares torna-se factível somente quando o acoplamento vetorial excede o acoplamento escalar. Um aparente paradoxo relacionado com a localização de uma partícula em uma região do espaço arbitrariamente pequena, devido à presença do potencial escalar, é resolvido com a introdução do conceito de comprimento de onda Compton efetivo.

Abstract in English:

The one-dimensional Klein-Gordon equation is investigated with the most general Lorentz structure for the external potentials. The analysis of the scattering of particles in a step potential with an arbitrary mixing of vector and scalar couplings reveals that the scalar coupling contributes for increasing the threshold energy for the particle-antiparticle pair production. Furthermore, it is shown that the pair production is only feasible whether the vector coupling exceeds the scalar one. An apparent paradox concerning the localization of a particle in an arbitrarily small region of space, due to the presence of the scalar coupling, is solved by introducing the concept of effective Compton wavelength.

Abstract in Portuguese:

Neste trabalho apresentamos um modelo simples de resfriamento evaporativo para átomos ultrafrios aprisionados. Este processo objetiva a diminuição da temperatura da amostra gasosa a partir da retirada dos átomos mais quentes desta e conseqüente retermalização dos remanescentes em uma temperatura mais baixa. O modelo parte da distribuição de Maxwell-Boltzmann de velocidades para a amostra atômica e permite o cálculo da temperatura e número de átomos remanescentes nesta após a retirada dos átomos mais quentes e retermalização. A partir dessas expressões simulamos o processo de resfriamento evaporativo realizado usualmente em experimentos, onde são retirados átomos cada vez mais frios após cada retermalização.

Abstract in English:

In this work we present a simple model to describe evaporative cooling for ultracold trapped atoms. This process is used to achieve low temperatures of the gaseous sample by removing the hottest atoms and subsequently rethermalizing the remaining atoms at a lower temperature. The model assumes a Maxwell-Boltzmann distribution of velocities in the atomic sample and allows the calculation of the temperature and the number of remaining atoms after the hottest atoms have been removed and the rethermalization has taken place. Using these expressions we simulate the process of evaporative cooling as it is usually carried out in experiments, where colder atoms are removed after each successive rethermalization.

Abstract in Portuguese:

Neste artigo deduzimos a equação característica da trajetória seguida por um raio de luz monocromático que se propaga num meio com índice de refração variável. Embora essa dedução seja inspirada nas técnicas do cálculo variacional, ela é apresentada de modo elementar e auto-suficiente, utilizando somente conceitos básicos do cálculo diferencial e integral. Além da dedução, também analisamos alguns aspectos gerais da equação e discutimos alguns casos particulares. Finalmente, mostramos que a equação implica na Lei de Snell para a refração da luz como um caso limite.

Abstract in English:

In this article we deduce the characteristic equation for trajectories performed by monocromatic light rays which propagate through medium with a variable refractive index. Although our deduction was inspired in techniques from variational calculus, it is presented in an elementar and self-contained way and it uses only basic concepts of differential and integral calculus. Besides deduction, we analyse certain general aspects of the equation and discuss some special cases also. In particular, we show that this equation leads to the Snell's Law for refraction of light as a limiting case.

Abstract in Portuguese:

A sinuca é um jogo familiar entre os estudantes. Por isso, é conveniente utilizá-la como exemplo no estudo do movimento de um corpo rígido, e, não apenas nos problemas de colisões, frontais e laterais, como quase sempre aparece nos textos dos livros didáticos de física básica. Neste artigo, faremos a análise dos efeitos da tacada. Discutiremos a tacada alta, a tacada baixa e faremos a análise do movimento da bola-projétil e da bola-alvo. Veremos que a altura do ponto onde o taco atinge a bola determina o tipo de movimento executado. Podemos dizer que a sinuca é um exemplo bastante útil para o estudo da dinâmica do corpo rígido.

Abstract in English:

Snooker is a familiar game among students. Therefore, it is convenient to use this game as an example for studying the rigid body motion, and not only in the problems about head-on and lateral collisions, as it is usually seen in the texts of basic physics in the didatic books. In this article, we are going to analyse the effects of the cue on the ball and discuss the high and the low cue and to do the analysis of the motion of the projectile and target balls. Then, we will show that the place on the ball hit by the cue is decisive to the kind of motion which is acquired. We can say that snooker is a very useful application to the study of rigid body dynamics.

Abstract in Portuguese:

Este trabalho trata de forças que atuam em capacitores assimétricos quando são utilizadas fontes de alta tensão. Estas forças são as responsáveis pelo fenômeno conhecido por "efeito Biefeld-Brown" que se acreditava ser um novo princípio físico envolvendo eletromagnetismo e gravitação. Capacitor assimétrico é um capacitor cujos eletrodos possuem geometria bastante diferenciada um do outro. Os resultados experimentais mostram que o capacitor, quando sob alta tensão, fica submetido à ação de uma força resultante produzida pela colisão de íons formados no ar (vento iônico) em volta dos eletrodos. A força resultante produz o chamado 'efeito levitação' que faz o capacitor flutuar em pleno ar. O sistema desenvolvido tem sido utilizado em demonstrações em sala de aula para estudantes dos cursos de graduação e pós-graduação em física da UFSC e para colegas do departamento de física, provocando grande excitação e discussões sobre o assunto.

Abstract in English:

This work deals with electrical forces on asymmetric capacitors when a source of high voltage is used. These strengths are responsible by the phenomenon known as "Biefeld-Brown effect" believed to be a new physical principle due to the electromagnetism and gravitation. Asymmetric capacitor is a capacitor whose geometry of the electrodes differs from each other. The experimental results show that when a high voltage is applied to the capacitor a resulting force acts on it, which is produced by the collision of the ions that are formed in the air (ionic wind) at vicinities of the electrodes. This resulting force promotes the so called "levitation effect" that makes the capacitor floating in the air. The system developed here have been used in classroom demonstrations for undergraduate and graduate students of the Federal University of Santa Catarina and for colleagues of the physics department provoking great excitement and discussions on the subject.

Abstract in Portuguese:

Nesse trabalho apresenta-se um estudo de soluções numéricas para o problema de capacitores cilíndricos finitos em eletrostática, a partir da integração da equação de Poisson utilizando um esquema de diferenças finitas. Soluções são obtidas pelo método da relaxação sucessiva. O problema ilustra o tratamento numérico na obtenção de soluções eletrostáticas em problemas diferentes dos encontrados em livros-texto. Para o problema em questão, diversas quantidades de interesse (distribuição de cargas, capacitância, energia do campo eletrostático, força) podem ser comparadas com o caso analítico infinito.

Abstract in English:

In this work we present a study of numerical solutions for finite cylindrical capacitors based on the integration of Poisson equation using a finite difference scheme. Solutions are obtained by successive over relaxation (SOR). The problem illustrates the numerical treatment involved in the solution of problems not found in textbooks. Several interesting quantities (charge distribution, capacitance, electric field energy, force) may be compared to analytical results for the infinite capacitor.

Abstract in Portuguese:

Este artigo apresenta e discute os resultados de um estudo exploratório realizado com alunos do nível médio de duas escolas do Distrito Federal. O objetivo foi identificar suas concepções acerca do ensino da física e elaborar um cenário de investigação para futuros professores de física. A fim de superar o simples discurso especulativo, os saberes escolares e as práticas educacionais são questionados e três temas que surgiram durante a pesquisa são retomados: a relação entre a física e a tecnologia, a física e a matemática e a física e o cotidiano.

Abstract in English:

This paper presents and discusses the results of the exploratory study with high-school students of two state schools of Distrito Federal. The main objective was to identify their conceptions about physics teaching and to build a scenario of investigation to future physics teachers. In order to overcome the speculative discourse, because of this the school knowledge and the educational practices are questioned and three subjects are exploited: the relationship between physics and technology, physics and mathematics, physics and daily life.

Abstract in Portuguese:

Relatamos neste artigo o desenvolvimento e a aplicação de um CD-ROM de óptica para o ensino médio, cobrindo todos os conteúdos usualmente vistos nessa disciplina. O material contém, além de textos didáticos escritos em linguagem html, 77 animações e 64 imagens geradas por nós, assim como 13 simuladores (Java Applets) disponíveis na internet. Comentamos sobre a aplicação e boa recepção do material por 40 alunos de duas turmas de 3ª série do ensino médio.

Abstract in English:

In this article we report the development and use of a CD of optics for high-school teaching, covering all topics for this level. The material contains didactic texts in HTML language, 77 animations and 64 images generated by ourselves, as well as 13 simulators (Java Applets) available in the internet. We comment about the application and reception of the Hypermedia by a group of 40 high school seniors.

Abstract in Portuguese:

A atual disponibilidade de ímãs permanentes muito fortes na forma de ligas magnéticas de terras raras, como neodímio-ferro-boro, levou ao interesse renovado em um dos mais antigos motores elétricos - o motor homopolar.É notável a facilidade com que as demonstrações com ímãs de neodímio podem ser construídas e operacionalizadas. Neste artigo são descritos alguns simples motores homopolares que usam ímãs de neodímio apropriados para demonstrações no ensino.

Abstract in English:

The ready availability of very strong permanent magnets in the form of rare-earth magnetic alloys such as neodymium-iron-boron has lead to renewed interest in one of the oldest types of electric motors - the homopolar motor. The ease with which a demonstration homopolar motor can now be built and operated when neodymium magnets are used is quite remarkable. In this paper some simple homopolar motors employing neodymium magnets suitable for demonstrational purposes are described and discussed.

Abstract in Portuguese:

Neste trabalho apresentamos a medida do coeficiente linear de dilatação térmica do alumínio, usando o interferograma obtido a partir da transformada de Fourier sobre a soma de duas imagens de speckle deslocadas. O resultado alcançado está em bom acordo com o tabelado e os equipamentos necessários têm custo acessível, tornando o experimento uma alternativa interessante para introdução da metrologia óptica no laboratório didático ou um projeto a ser desenvolvido em disciplinas experimentais.

Abstract in English:

In this work we present the measurement of the linear coefficient of thermal dilatation of aluminium, using the obtained interferogram from Fourier transform over the sum of two displaced speckle images. The achieved result is in good agreement with tabled value and the required components have an accessible cost, turning the experiment an interesting alternative for introduction of optical metrology in teaching laboratory or a project to be developed in experimental subjects.

Abstract in Portuguese:

Apresentamos neste trabalho um dispositivo de baixo custo para medidas de intervalos de tempo, velocidades e acelerações, bastante útil no problema de queda livre e em outros experimentos de mecânica. Construímos uma photogate usando a porta de jogos do PC para fazer aquisição de dados e para obter a aceleração da gravidade. Obtemos boa concordância dos dados experimentais com um modelo teórico de um corpo em queda livre. Nosso trabalho ressalta uma forma de medir com precisão curtos intervalos de tempo, e abre novas possibilidades de aplicação ao ensino de física.

Abstract in English:

We present in this work a low-cost device for measurements of time intervals, velocities and acelerations, useful in the free-fall problem and others experiments in mechanics. We have constructed a homemade photogate using the PC gameport to make data acquisition and to obtain the acceleration of gravity. We have obtained good agreement of the experimental data and theoretical model of a free falling body. Our work provide a way to measure short time intervals with good accuracy, and open new possibilities of applications in physics teaching.

Abstract in Portuguese:

Neste artigo, é proposta uma dedução do princípio de Arquimedes, a partir de uma experiência bem simples, de caráter demonstrativo, sobre o equilíbrio de corpos flutuantes em uma cuba e usando as leis mecânicas do equilíbrio. A demonstra cão é generalizada para dois ou mais fluidos imiscíveis, nos quais o corpo está imerso.

Abstract in English:

In this paper, a deduction of the Archimedes principle is proposed. A very simple and easily reproducible experiment is presented, in which a body is observed to float in a tank. The mechanical laws of equilibrium are applied to the body. The demonstration is generalized to two or more immiscible fluids in which the body is immersed.

Abstract in Portuguese:

Neste trabalho é discutida a validade da aproximação de lente fina em atividades experimentais que envolvem a determinação de distâncias focais. É utilizado o formalismo matricial para o estudo de trajetória de raios luminosos através de um sistema de lentes espessas, sendo introduzido o conceito de planos principais. Nesse contexto, é mostrado que para uma lente espessa típica utilizada nos laboratórios didáticos do Instituto de Física da USP, a aproximação de lente fina não é adequada.

Abstract in English:

In this work we discuss the validity of the thin-lens approximation in experiments for focal distance determination. We use the matrix formalism for the study of ray trajectories through a thick lens system and introduce the concept of principal planes. It is shown that for a typical lens used in the undergraduate laboratory at the University of São Paulo Physics Institute, the thin lens approximation is not valid.