Revista Brasileira de Ensino de Física, Volume: 37, Issue: 1, Published: 2015
  • Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM): Uma análise crítica Carta Ao Editor

    Silveira, Fernando Lang da; Barbosa, Marcia Cristina Bernardes; Silva, Roberto da
  • Modeling the flow of vehicles by the macroscopic theory Artigos Gerais

    Bogo, Rudinei Luiz; Gramani, Liliana Madalena; Kaviski, Eloy

    Abstract in Portuguese:

    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

    Abstract in English:

    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.
  • Resonance in coupled compasses Artigos Gerais

    Figueira, Jalves S.

    Abstract in Portuguese:

    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.

    Abstract in English:

    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.
  • Acceleration measurements using smartphone sensors: Dealing with the equivalence principle General Articles

    Monteiro, Martín; Cabeza, Cecilia; Marti, Arturo C.

    Abstract in Portuguese:

    Recentemente, os sensores disponíveis em vários modelos de smartphones, iPads ou tablets têm-se revelado muito úteis em laboratórios de física. Em particular, tem sido proposto o uso de acelerômetros em muitas experiências. Em virtude do princípio da equivalência, um sensor fixado em um sistema de referência não-inercial não pode discernir entre um campo gravitacional e um sistema com aceleração. Assim, os valores de aceleração medidos por este sensor devem ser corrigidos considerando-se o componente gravitacional. Neste trabalho um pêndulo físico é estudado e a aceleração absoluta e o ângulo de rotação são obtidos a partir de medições feitas com o acelerômetro e o sensor de rotação. Os resultados obtidos pelos sensores são comparados com as medições obtidas a partir da análise do vídeo do movimento. Finalmente são discutidas as limitações dos vários sensores.

    Abstract in English:

    Acceleration sensors built into smartphones, i-pads or tablets can conveniently be used in the physics laboratory. By virtue of the equivalence principle, a sensor fixed in a non-inertial reference frame cannot discern between a gravitational field and an accelerated system. Accordingly, acceleration values read by these sensors must be corrected for the gravitational component. A physical pendulum was studied by way of example, and absolute acceleration and rotation angle values were derived from the measurements made by the accelerometer and gyroscope. Results were corroborated by comparison with those obtained by video analysis. The limitations of different smartphone sensors are discussed.
  • Equivalence between quantum mechanics and pt symmetric quantum mechanics Artigos Gerais

    Girardelli, David; Zavanin, Eduardo M.; Guzzo, Marcelo M.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo traz uma discussão a respeito da mecânica quântica PT simétrica, desenvolvendo alguns elementos básicos dessa teoria. Em um caso simples de sistema de dois níveis, desenvolvemos o problema da braquistócrona quântica. Comparando os resultados obtidos entre a mecânica quântica PT simétrica e aqueles obtidos usando o formalismo padrão, conclui-se que a nova abordagem não é capaz de revelar nenhum fenômeno novo.

    Abstract in English:

    In this paper we develop a discussion about PT symmetric quantum mechanics, working with the basic elements of this theory. In a simple case of a two-body system, we developed the quantum brachistochrone problem. Comparing the results obtained through the PT symmetric quantum mechanics with the ones obtained using the standard formalism, we conclude that this new approach is not able to reveal any new effect.
  • Geometric construction of the Mars’s orbit by the method of Kepler Artigos Gerais

    Morgado, Bruno Eduardo; Soares, Vitorvani

    Abstract in Portuguese:

    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.

    Abstract in English:

    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.
  • Entropic considerations in the two-capacitor problem General Articles

    Lara, V.O.M.; Lima, A.P.; Costa, A.

    Abstract in Portuguese:

    Estudamos o problema bem conhecido dos dois capacitor através de uma nova perspectiva, com foco nos aspectos termodinâmicos do processo de descarga. O modelo de gás de elétrons livres é usado para descrever os níveis de energia dos elétrons nos dois condensadores no regime de baixas temperaturas. Consideramos uma troca de calor isotérmica entre o resistor e o reservatório térmico. Mesmo nesse caso limite, obtém-se uma variação positiva da entropia devido à descarga, apontando o caráter irreversível desse processo.

    Abstract in English:

    We study the well-known two-capacitor problem from a new perspective, focusing on the thermodynamic aspects of the discharge process. The free electron gas model is used to describe the electrons’ energy levels in both capacitors in the low temperature regime. We assume an isothermal heat exchange between the resistor and the heat reservoir. Even in this limiting case, we obtain a positive entropy variation due to the discharge, which points out the irreversibility of this process.
  • Kirchhoff’s voltage law corrected for radiating circuits General Articles

    Lara, Vitor; Dechoum, Kaled

    Abstract in Portuguese:

    Quando uma espira circular formada por um circuito RLC começa a oscilar, a oscilação irá desaparecer, com uma corrente decaindo exponencialmente, mesmo considerando fios supercondutores, devido à emissão de radiações de dipolos eléctricos e magnéticos. Neste trabalho, propomos uma modificação da lei da voltagem de Kirchhoff, adicionando as contribuições radiativas associadas à perda de energia, através de resistências efetivas, cujos valores são relativamente pequenos quando comparados com os valores de resistências típicas, mas que são fundamentais para descrever circuitos reais de forma correta. Nós também analisamos as mudanças no espectro de radiação emitida pelo circuito à medida que se variam as resistências elétricas reais e efetivas.

    Abstract in English:

    When a circular loop composed by a RLC circuit begins to oscillate, the oscillation will eventually vanish as an exponentially decaying current, even considering superconducting wires, due to the emission of electric and magnetic dipole radiations. In this work we propose a modification of the Kirchhoff’s voltage law by adding the radiative contributions to the energy loss as effective resistances, whose values are relatively small when compared to typical resistance values, but are fundamental to describe real circuits correctly. We also analyse the change in the pattern of the radiation spectra emitted by the circuit as we vary the effective and electric resistances.
  • Self-graviting gas spheres in equilibrium state Artigos Gerais

    Smirnov, Andrei; Oliveira, Ricardo Max Menezes

    Abstract in Portuguese:

    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.

    Abstract in English:

    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.
  • A cross-cultural survey of female undergraduates’ aspirations for scientific study and careers General Articles

    Foote, Kathleen; Garg, Reva

    Abstract in Portuguese:

    Em praticamente todo o mundo, mulheres ainda constituem uma minoria entre portadores de diplomas e trabalhadores na física. Embora uma quantidade significativa de pesquisa tenha sido feita para investigar e corrigir a sub-representação das mulheres na ciência, o problema está longe de ser resolvido. Como esseé ainda um problema global, esse estudo comparativo de culturas utiliza respostas a pesquisa qualitativa completada por aproximadamente um cento de estudantes universitárias, nas áreas de ciências exatas, tanto brasileiras quanto indianas e americanas, para identificar os fatores que influenciaram sua escolha de área, bem como seus planos para uma futura carreira. Tanto as diferenças quanto as influencias comuns entre as culturas tem implicações práticas em técnicas para ajudar a atrair e manter as mulheres nas ciências através do mundo.

    Abstract in English:

    Almost worldwide, females still comprise a minority of degree-holders and employees in the physical sciences. Although a significant amount of research has been done to investigate and improve the underrepresentation of females in science, the problem is far from solved. Since this is still a global issue, this cross-cultural study uses qualitative survey responses completed by approximately hundred Indian, American and Brazilian female college/university science students to identify factors that influenced students to choose scientific majors and plan for future careers. Both differences and common influences between cultures have practical implications for techniques to help attract and retain women in science worldwide.
  • Note on the attraction between charge and a dielectric foil: A commented errata Artigos Gerais

    Leal Ferreira, Guilherme F.

    Abstract in Portuguese:

    Corrige-se e comenta-se resultado obtido em artigo publicado nesta revista sobre a atração entre carga elétrica e folha dielétrica – Revista Brasileira de Ensino de Física 24, 285 (2002). O caso de folhas condutoras também é discutido.

    Abstract in English:

    Results of an article published in this journal, Revista Brasileira de Ensino de Física 24, 285 (2002), concerning the attraction between a charge and a dielectric foil are corrected and commented. The case of a conducting foil is also discussed.
  • Experimental determination of the Boltzmann constant from current-voltage characteristic of a diode Artigos Gerais

    Cruz, Vagner Santos da; Soares, Vitorvani

    Abstract in Portuguese:

    Apresentamos neste trabalho uma atividade experimental didática com um diodo, realizada com equipamentos de fácil aquisição e que pode ser adaptada com facilidade para uma aula de graduação ou para um grupo de ensino médio. A atividade descrita estabelece a curva característica corrente ID-voltagem VD de um diodo, a partir das medidas da diferença de potencial VD sobre ele e da corrente ID que circula através dele, para três diferentes temperaturas T = 0 °C, 23 °C e 100 °C. Da análise destes resultados experimentais: (i) construímos a expressão algébrica da corrente ID em função da voltagem VD e da temperatura T, e (ii) determinamos o valor da constante de Boltzmann kB, uma das constantes fundamentais da física.

    Abstract in English:

    We present in this work a didactic experimental activity with a diode, set up with affordable instruments, and that can be easily adapted for an undergraduate or a high school class. The activity described establishes the current ID-voltage VD characteristics of a diode from measurements of the potential difference VD on it and the current ID through it, for three different temperatures T = 0 °C, 23 °C, and 100 °C. From the experimental results: (i) we build up an algebraic expression for the current ID as a function of the voltage VD, and the temperature T, and (ii) we determine the value of the Boltzmann’s constant kB, one of the physical fundamental constants.
  • Visualizing quantum tunneling by microplasma generation Artigos Gerais

    Sismanoglu, Bogos Nubar; do Nascimento, Janaina Correa; de Barros Aragão, Eduardo Cezar Barbosa

    Abstract in Portuguese:

    O tunelamento quântico (ou efeito túnel) é um fenômeno que proporciona inúmeras aplicações tecnológicas através da aplicação direta dos conceitos da mecânica quântica. De acordo com este fenômeno, elétrons podem ser extraídos de superfícies metálicas sob as quais há um enorme gradiente de potencial, ou seja, um intenso campo elétrico local. Através de um dispositivo elétrico conhecido como microcatodo oco, duas camadas de metal intercaladas por uma fina camada de mica (com espessura d = 3 μm), perfurada com furo de diâmetro D = 200 μm e na pressão de 20 Torr, propiciou a emissão a frio de elétrons para um microcampo elétrico local de aproximadamente 15 V/nm. Os metais polarizados com uma diferença de potencial elétrico de aproximadamente 390 V permitiram a passagem dos elétrons através da barreira de potencial presente na região do furo catódico. A curva de Fowler-Nordheim ratificou a eficácia do fenômeno na geração de um microplasma neste furo, visível a olho nu.

    Abstract in English:

    The quantum tunneling is a phenomenon that provides numerous technological applications through direct application of the concepts of quantum mechanics. According to this phenomenon, electrons can be extracted from metal surfaces under which there is a huge potential gradient, ie, an intense local electric field. Through a system known as microhollow cathode two metal layers interspersed by a thin mica layer (with thickness d = 3 μm), perforated with holes of diameter D = 200 μm at a pressure of 20 Torr, led the extraction of cold electrons at a local electric microfield of approximately 15 V/nm. The voltage of about 390 V applied at these metals allowed the passage of electrons through the potential barrier at the cathode hole region. The Fowler-Nordheim curve confirmed the effectiveness of the phenomenon in the generation of microplasma inside the hole, visible to the naked eyes.
  • Experimental study of the electromagnetic induction in coils: Dependence on the electric current Artigos Gerais

    Villalba, José Manuel; Ferreira, Luciana; Arribas, Enrique; Nájera, Alberto; Beléndez, Augusto

    Abstract in Portuguese:

    Neste artigo mostraremos o conjunto de experimentos simples no laboratorio. Este irá descrever os fenómenos da indução eletromagnética. O dispositivo experimental é análogo a um transformador e está formado por duas bobinas magnéticas acopladas e conectadas a um gerador de corrente senoidal alternada de frequência váriavel. Mediremos as tensões induzidas dessas bobinas secundarias em função da corrente que existe na bobina primaria para obtermos uma dependencia linear. Os resultados obtidos concordam muito bem, levando em conta os intervalos de erro com as previsões teóricas da Lei de Faraday-Henry. Para as previsões teóricas temos levado em conta o tamaño finito de ambas as bobinas calculando o fluxo magnético mediante uma integral simples.

    Abstract in Spanish:

    En este artículo se muestran un conjunto de sencillas experiencias de laboratorio que ilustran el fenómeno de la inducción electromagnética. El dispositivo experimental, análogo a un transformador, está formado por dos bobinas magnéticamente acopladas conectadas a un generador de corriente alterna sinusoidal de frecuencia variable. Midiendo la tensión inducida en la bobina del secundario en función de la corriente que hay en la bobina del primario se obtiene una dependencia lineal. Los resultados obtenidos concuerdan bastante bien, teniendo en cuenta los intervalos de error, con las predicciones teóricas de la ley de Faraday-Henry. Para la predicción teórica se ha tenido en cuenta el tamaño finito de ambas bobinas calculando el flujo magnético mediante una sencilla integral.
  • Understanding von Neumann’s entropy Artigos Gerais

    Maziero, Jonas

    Abstract in Portuguese:

    Revisamos os postulados da mecânica quântica necessários para discutir a entropia de von Neumann, que é introduzida como uma generalização da entropia de Shannon e propomos um jogo simples que facilita o entendimento do seu significado físico.

    Abstract in English:

    We review the postulates of quantum mechanics that are needed to discuss von Neumann’s entropy. We introduce it as a generalization of Shannon’s entropy and propose a simple game that makes it easier to understand itd physical meaning.
  • Experimental characterization of the dielectric permittivity of materials through the time domain reflectometry technique Artigos Gerais

    Dartora, C.A.; Armando, Heilmann; Thomazi, Fabiano; Burkarter, E.

    Abstract in Portuguese:

    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.

    Abstract in English:

    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.
  • A simple interpretation for the Bose-Einstein condensates Artigos Gerais

    Rizzuti, B.F.; Forgerini, F.L.

    Abstract in Portuguese:

    Os condensados de Bose-Einstein foram previstos teoricamente nos anos de 1924–25. Contudo, sua observação experimental só foi obtida em 1995, laureando seus descobridores com o prêmio Nobel de 2001. No ano de 2015 comemora-se o aniversário de 90 anos de sua previsão teórica e 20 anos de sua realização experimental. Os condensados de Bose-Einstein têm sido usados nos mais variados contextos, que vão da matéria condensada à astrofísica. Este trabalho será dedicado a uma interpretação intuitiva para a condensação. Discutiremos também como modelar armadilhas modernas que aprisionam partículas de um gás de bósons fracamente interagentes para formar os condensados.

    Abstract in English:

    The Bose-Einstein condensates were theoretically predicted in 1924–25. However, the experimental observation was reported in 1995, laureating their discoverers with the 2001 Nobel prize. The year of 2015 celebrates the ninetieth anniversary of the theoretical prediction and the twentieth anniversary of its experimental realization. The Bose-Einstein condensates have been used in different contexts, from condensed matter to astrophysics. This work is dedicated to provide a naïve interpretation of the condensation process. We will also model modern traps which imprison the particles of a weak interacting gas of bosons to form the condensates.
  • Tutorial Education Program: Advances in schooling in physics at Rio Grande do Norte state Desenvolvimento Em Ensino De Física

    Souza, R.M.; Gomes Júnior, S.R.

    Abstract in Portuguese:

    Criado há 35 anos pela CAPES, o Programa de Educação Tutorial (PET) é uma ação do Governo Federal com a finalidade fortalecer a formação de graduação e alimentar cursos de pós-graduação em todo o país. Desde 1990 o programa existe na UFRN. Investigou-se o impacto do PET-física da UFRN no desempenho discente durante o curso de graduação. Através da análise da série temporal de ingressantes e egressos, avaliou-se a modificação no funcionamento do curso. Os resultados indicam que os bolsistas do PET, em média, concluem o curso de graduação mais rapidamente do que os demais estudantes, além de apresentarem menor índice de evasão. Em relação à sua inserção no mercado de trabalho, constatou-se que 95% dos petianos atuam direta ou indiretamente em sua área de formação.

    Abstract in English:

    The Tutorial Education Program (PET), which was created by CAPES 35 years ago, is an action of the Federal Government in order to strengthen undergraduate education and foster graduate courses across the country. Since 1990 the program exists at the UFRN. We investigated the impact of the PET-physics at UFRN on the student performance during undergraduate studies. Through the analysis of time series of freshmen and egressed students, we evaluated the changes in the operation of the course. The results indicate that the student fellows, on average, complete the undergraduate course faster than other students, in addition to having a lower dropout rate. Regarding their inclusion in the labor market, it was found that 95% of petianos work directly or indirectly in their area of training.
  • How to measure the speed of light at your university with a dinner budget Development In Physics Teaching

    Ortiz, Manuel; Montecinos, Alicia Muriel

    Abstract in Portuguese:

    Embora a ideia de utilizar um sinal modulado de laser para medir a velocidade da luz não seja nova, a maioria dos métodos encontrados na literatura internacional ainda são caros, devido aos instrumentos ou circuitos utilizados. Na presente abordagem, oferecemos uma alternativa que requer equipamentos que a maioria das universidades possuem para os seus cursos de graduação, além de alguns circuitos de baixo custo, permitindo que os alunos de qualquer curso de laboratório de física de graduação obtenham um gráfico de oito pontos com distâncias relativamente pequenas, combinando um baixo orçamento com um resultado preciso, que é tão bom quanto os resultados obtidos com kits disponíveis no mercado.

    Abstract in English:

    Although the idea of using a modulated laser signal to measure the speed of light is not new, most methods found in international literature are still expensive, as a result of either the instruments or the circuits used. In the present approach, we provide an alternative that requires equipment that most universities own for their undergraduate programs, plus some inexpensive circuitry, allowing the students of any undergraduate physics laboratory course to obtain an eight-point graph using relatively small distances (such as corridors), combining a low budget with an accurate result that is equally as good as those achieved by kits available on the market.
  • Construction of a simple balance for determination of the surface tension of liquids Desenvolvimento Em Ensino De Física

    Reis, T.O.; Ziemath, E.C.; Oliveira, G.S.; Leite, F.L.

    Abstract in Portuguese:

    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.

    Abstract in English:

    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.
  • The electric guitar as an instrument for teaching wave physics Desenvolvimento Em Ensino De Física

    Lago, B.L.

    Abstract in Portuguese:

    A utilização de recursos diversos para o ensino de física é muito importante para auxiliar no processo de aprendizagem por parte dos alunos. Neste trabalho apresentamos uma abordagem baseada na utilização da música e de recursos das tecnologias da informação e comunicação (TIC) para ilustrar alguns conceitos físicos de um curso de física ondulatória. Com o auxílio destes recursos, características musicais como timbre, batimentos, harmônicos (artificiais e naturais) e formação de acordes são discutidas e ilustradas na prática através do uso de uma guitarra elétrica, software e um computador.

    Abstract in English:

    The use of several resources in physics teaching is very important to help the students in the learning process. In this work we present an approach based on the use of music and information and communication technology (ICT) to illustrate some physical concepts from a wave physics course. With the aid of such resources, musical features as tone, beats, harmonics (artificial and natural ones) and chord formation will be discussed and illustrated in practice through the use of an electric guitar, a software and a computer.
  • Open source weather stations: A research and technological development project Desenvolvimento Em Ensino De Física

    Silva, R.B.; Leal, L.S.; Alves, L.S.; Brandão, R.V.; Alves, R.C.M.; Klering, E.V.; Pezzi, R.P.

    Abstract in Portuguese:

    O presente artigo descreve uma experiência de iniciação científica e desenvolvimento tecnológico: a construção de estações meteorológicas baseadas em hardware e software livres com vistas à formação de uma rede de ciência cidadã para monitoramento meteorológico e ambiental. O projeto de pesquisa e desenvolvimento conta com a participação de estudantes de diferentes níveis de ensino e áreas do conhecimento. Os resultados estão relacionados à obtenção de medidas com o primeiro protótipo a partir da plataforma Arduino.

    Abstract in English:

    This paper reports an experience of scientific research and technological development: the construction of weather stations based on free hardware and software aimed at the formation of a citizen science network for meteorological and environmental monitoring. Students from different grade levels and subject areas are participating in this research and development project. The results are related to measurements with the first prototype from the Arduino platform.
  • Faraday’s law of induction: an experimental verification Desenvolvimento Em Ensino De Física

    Hessel, Roberto; Freschi, Agnaldo A.; Santos, Francisco J. dos

    Abstract in Portuguese:

    Embora existam inúmeras demonstrações relativamente simples para ilustrar a lei de indução de Faraday, experimentos quantitativos são menos comuns. Neste trabalho descrevemos um procedimento experimental para investigar a validade da lei de Faraday e adequado para ser utilizado em um laboratório de física básica. A montagem descrita permite registrar a força eletromotriz induzida numa bobina graças à passagem de um imã de neodímio em queda livre através dela. A partir da análise dos pulsos induzidos em função da velocidade do imã ao passar pelo centro da bobina mostramos que os resultados obtidos são consistentes com a lei de Faraday. Além disso, mostramos também que a distância entre os picos de tensão induzida numa bobina suficientemente chata é igual ao comprimento do imã.

    Abstract in English:

    Although there are many relatively simple demonstrations to illustrate Faraday’s law of induction, quantitative experiments on this subject are less common. This paper describes an experimental procedure suitable for use in a basic physics laboratory for investigating the validity of Faraday’s law. The described setup allows recording the electromotive force induced in a coil due to the passage of a neodymium magnet in free fall through it. The analysis of the induced pulses as a function of the speed of the magnet measured on the center of the coil show that the results are consistent with Faraday’s law. We also show that the distance between the voltage peaks induced in the coil is equal to the length of the magnet.
  • The educational experiment of horizontal launch of a sphere: A study by video-analisys Desenvolvimento Em Ensino De Física

    Jesus, V.L.B. de; Sasaki, D.G.G.

    Abstract in Portuguese:

    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.

    Abstract in English:

    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.
  • Students’ alternative conceptions about thermal concepts: A study of diagnostic and formative assessment Desenvolvimento Em Ensino De Física

    Louzada, Alexandre Neves; Elia, Marcos da Fonseca; Sampaio, Fábio Ferrentini

    Abstract in Portuguese:

    Para a realização de um estudo que tinha como objetivo investigar as dificuldades de estudantes de ensino médio na aprendizagem de conceitos térmicos foi necessário fazer um levantamento das concepções alternativas de estudantes sobre calor e temperatura, antes e depois do período letivo de um ano, aplicando-se um questionário disponível na literatura, que teve que ser devidamente adaptado para a língua portuguesa pelos autores do presente trabalho. No presente artigo são analisados os ganhos obtidos pela aplicação desse instrumento, ao longo do processo de ensino-aprendizagem, os quais indicam variações significativas em todas as quatro dimensões referentes às concepções alternativas investigadas, sugerindo um quadro consistente de conservação e de homogeneidade, em que o ganho na direção esperada (conceitos científicos) veio a expensas de perdas em todas as demais (concepções alternativas), e não apenas em uma ou em algumas. Ao longo do artigo é apresentado com detalhes o processo de adaptação do questionário, de análise dos resultados e de construção de uma versão do questionário para a web que permitirá aos professores interessados fazerem uma avaliação diagnóstica e formativa de seus alunos.

    Abstract in English:

    To conduct a study that aimed to investigate the difficulties of high school students in the learning of thermal concepts it was necessary to survey students about alternative conceptions of heat and temperature, before and after a one year school term, applying a questionnaire available in the literature, which had to be properly adapted to the Portuguese language by the authors of this work. In this paper, the gains between the pre and post testing are analyzed and indicate significant variations in all investigated dimensions, suggesting a consistent framework for the conservation and homogeneity, in which the gain in the expected direction (scientific concepts) came at the expense of losses in all other aspects (alternative conceptions), and not just one or a few directions. Throughout the paper we present in detail the process of adapting the questionnaire, the analysis of the results and the construction of a version of the questionnaire on the web that will allow interested teachers to do a diagnostic and formative assessment of their students.
  • A novel proposal for teaching experimental physics in the beginning of the XXth Century História Da Física E Ciências Afins

    Afonso, Júlio Carlos; Chaves, Francisco Artur Braun

    Abstract in Portuguese:

    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.

    Abstract in English:

    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.
  • Brief overview on the Newtonian dynamics of curvilinear motion História Da Física E Ciências Afins

    Porto, C.M.

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho fazemos uma apresentação da dinâmica newtoniana do movimento curvilíneo. Iniciamos fazendo um pequeno retrospecto da questão, a partir da problematização imposta pela concepção cartesiana do movimento inercial, passando quase que imediatamente ao estudo das sucessivas abordagens newtonianas do tema. Apresentamos os tratamentos iniciais de Newton - ainda dominados pela idéia cartesiana de “esforço centrífugo” - nos quais, no entanto, já observamos a sutileza do raciocínio matemático apoiado nas noções de elementos infinitesimais. Destacamos, em seguida, a aparente contribuição do pensamento de Robert Hooke para a concepção newtoniana do movimento curvilíneo, concretizada sobretudo através de diálogos epistolares, ainda que escassos ou reticentes. Enfatizamos como, após esse contato, Newton abandonou a noção da atuação de uma força centrífuga a produzir um equilíbrio dinâmico no movimento, em favor de um entendimento do problema como um sistema mecânico fundamentalmente fora do equilíbrio. Passamos, por último, à concepção newtoniana definitiva do movimento, já expressa em sua essência no tratado De Motu e finalmente apresentada na grande obra dos Princípios Matemáticos da Filosofia Natural. Salientamos, particularmente, a dedução efetuada por Newton das leis do movimento planetário propostas por Kepler, que constituiu uma das mais altas realizações da ciência humana.

    Abstract in English:

    In this work we make an exposition on the Newtonian dynamics of curvilinear motion. We begin by making a small retrospect on this question, starting from the moment when Descartes’ conception of inertial motion rendered it problematic, and passing almost at once to the study of the different Newtonian approaches to this issue. We present Newton’s initial treatments - yet governed by the Cartesian idea of “Centrifugal Endeavour” - where we nonetheless can already observe the subtlety of a mathematical reasoning based on the notions of infinitesimal calculus. Afterwards, we emphasize the seeming contribution of Robert Hooke’s thought to the Newtonian conception of curvilinear motion, accomplished most of all by epistolary dialogues, yet rare or reticent. We emphasize how, after this exchange, Newton abandoned the notion of the action of a centrifugal force producing a kind of dynamical equilibrium of motion, in favor of a new understanding of the problem as a basically out-of-equilibrium mechanical system. We end with Newtonian final conception of motion, already framed in its essential aspects in the tract named De Motu, and finally presented in his master work Mathematical Principles of Natural Philosophy. We particularly point Newton’s deduction of Kepler’s planetary laws of motion, which has become one of the highest achievements of human science.
  • The analytical theory of heat of Joseph Fourier: an analysis of the conceptual and epistemological foundations História Da Física E Ciências Afins

    Pifer, Anderson; Aurani, Katya Margareth

    Abstract in Portuguese:

    Em um ambiente marcado pelo paradigma newtoniano, Fourier estabeleceu sua teoria da propagação do calor em corpos sólidos mantendo a mesma tradição da mecânica racional, a qual reduzia os fenômenos naturais à análise matemática. Contudo, ele rompeu com a abordagem tradicional ao ignorar as hipóteses sobre a natureza do calor e criar um modelo físico no qual as leis da mecânica não se aplicam aos fenômenos do calor. Os trabalhos em história da ciência, que abordam as obras de Fourier, são massivamente direcionados à matemática e muito pouco é explorado do ponto de vista da física. Neste trabalho pretendemos promover esse enfoque com uma análise das bases conceituais e epistemológicas envolvidas na construção da teoria da condução do calor de Fourier, além de demonstrar que seu trabalho nessa área emerge como uma abordagem autônoma. Quanto ao ensino de física, o resultado dessa pesquisa pode contribuir para uma visão mais clara da natureza da ciência através de seus procedimentos, seu alcance e suas limitações.

    Abstract in English:

    In an environment ruled by the Newtonian paradigm, Fourier established his theory of heat propagation in solids focused on the same traditional conception from rational mechanics, which reduced the natural phenomena to the mathematical analysis. However, he challenged that principle by ignoring the hypotheses about the nature of heat and creating a physical model in which the laws of mechanics do not apply to the phenomena of heat. The most of the studies on Fourier’s works in the field of the history of sciences are based on mathematics, and a very few of them are on physics. This study aims to add that missing approach with an analysis of the conceptual and epistemological bases involved in the formulation of the Fourier’s theory of heat propagation; it also intends to show that his work emerged as a unique approach. About the area of the teaching of physics, the results here obtained can contribute to a clearer view of the nature of science through its procedures, scope, and limitations.
  • Change of entropy in the spontaneous thermalization of two distinct blocks Notes And Discussions

    Lima, F.M.S.

    Abstract in Portuguese:

    Quando dois blocos com temperaturas iniciais distintas são postos em contato térmico, o calor passa do bloco mais quente para o mais frio até que o equilíbrio térmico seja atingido. Dadas as temperaturas iniciais, é fácil prever a temperatura final e, para blocos idênticos, encontrar uma fórmula simples para a variação da entropia do sistema, mostrando que ela é positiva. A variação de entropia no caso mais geral de blocos distintos, entretanto, não é mencionada nos livros-texto de física básica, o que soa como um indicativo de que há aspectos matemáticos muito complexos por trás do problema. Nesta nota, eu mostro que isto não ocorre e o faço determinando uma expressão simples para a variação da entropia e exibindo uma demonstração elementar, ao nível de cálculo diferencial de uma variável, de que tal variação é positiva.

    Abstract in English:

    When two blocks with distinct initial temperatures are placed in thermal contact, heat flows from the hotter block to the cooler until thermal equilibrium is reached. Given the initial temperatures, it is easy to predict the final temperature and, for identical blocks, to find a closed-form expression for the overall change of entropy, showing that it is a positive quantity. The change of entropy in the more general case of distinct blocks, however, is not mentioned in the introductory physics textbooks, which sounds as an indication of very complex mathematics underlying the problem. In this shortnote, I show that this is not the case by deriving a simple expression for the change of entropy and developing an elementary proof, at one-variable calculus level, that this change is a positive quantity.
  • Costa Ribeiro: Teaching, research and development of Physics in Brazil Resenha

    Schmiedecke, Winston Gomes
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