Revista Brasileira de Ensino de Física, Volume: 41, Issue: 4, Published: 2019
  • Peer instruction to address alternative conceptions in Einstein's special relativity Articles

    Alvarez-Alvarado, Manuel S.; Mora, Cesar; Cevallos-Reyes, Cesar B.

    Abstract in English:

    Abstract In education, decades have been spent investigating what kind of beliefs and attitudes students may have in relation to learning. The relevance of these lies on the implications that it brings concerning students' alternative conceptions. This research focuses on the inclusion of Peer Instruction (PI) as a methodology to address the alternative conceptions in Einstein's special relativity. PI was selected since there is evidence that it has an impact on the academic performance of the students, however, concerning the topic of relativity, it has not been previously proposed. Alternative Conception Einstein's Special Relativity Test (ACESRT) is proposed to determine students' alternative conceptions. The sample for this study consisted of 25 high school students from Ecuador. In none of this level, students study Einstein's special relativity, nevertheless, in the current year a special course with senior students (picked randomly) was open in which the topic was considered in their academic curriculum. In the first lecture, the students filled a survey to get a notion of their beliefs and attitudes. Then a pre-test (ACESRT) take place, with a view getting information of alternative conceptions that students may have. Later, lectures following PI were given. At the end, to measure PI impact on students' attitudes, beliefs and alternative conceptions the students filled again a survey, followed by post-test (ACESRT). The results were statistically analyzed, and they reveal that PI has a strong impact on students' beliefs and attitudes. Furthermore, the methodology has the potential to address the alternative conception in concepts related to the topic Einstein's special relativity.
  • Solution of the 1d Schrödinger Equation for a Symmetric Well Articles

    Carvalho, Lindomar Bomfim de; Santos, Wytler Cordeiro dos; Correa, Eberth de Almeida

    Abstract in English:

    Abstract We suggest a mathematical potential well with spherical symmetry and apply to the 1d Schrödinger equation. We use some well known techniques as Stationary Perturbation Theory and WKB to gain insight about the solutions and compare them each other. Finally, we solve the 1d Schrödinger equation using a numerical approach with the so-called Numerov technique for comparison. This can be a good exercise for undergrad students to grasp the above cited techniques in a quantum mechanics course.
  • Computerized system for sample displacement with stepper motor using the L298: application in the Z-scan technique Artigos Gerais

    Romero, André L. S.; Barbano, Emerson C.; Misoguti, Lino

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Neste trabalho vamos abordar uma nova tecnologia, de baixo custo, de controle de motor de passo via computador, a qual pode ser utilizada para movimentação de amostras. Mais especificamente, desenvolvemos um sistema de controle usando o módulo eletrônico comercial L298, que evita o uso de um circuito eletrônico tradicional complexo de múltiplos componentes discretos. Ademais, utilizamos um motor de passo acoplado em um estágio de translação para um experimento de óptica não linear de varredura-Z (Z-scan) em que se faz necessário o deslocamento preciso de amostras. Tanto para o controle de motor de passo quanto aquisição de dados, foi utilizado o dispositivo myDAQ, fabricado pela empresa National Instruments, que é um dispositivo de multifunções versátil e de custo não tão elevado que pode ser conectado ao computador via porta de comunicação USB. Neste trabalho estamos utilizando a linguagem de programação visual LabVIEW e estamos disponibilizando para download os programas necessários para a movimentação do motor de passo. Os circuitos descritos são de simples e fácil montagem, podendo ser úteis para estudantes, alunos de iniciação científica, técnicos de laboratório e até mesmo para pesquisadores formados.

    Abstract in English:

    Abstract In this work, we show up a new technology of low-cost stepper motor control via computer, that can be used for moving samples. More specifically, we developed a control system using the commercial electronic module L298, which avoids the use of a complex traditional electronic circuit of multiple discrete components. In addition, we used a stepper motor coupled in a translation stage for a nonlinear optics experiment, Z-scan, in which the precise displacement of samples is required. For both the stepper motor control and data acquisition we used the myDAQ device, which is manufactured by National Instruments and, it is a versatile multifunction and not-so-high cost device that can be connected to the computer via USB communication port. In this work we are using the visual programming language LabVIEW and we are making available for download the necessary programs for the movement of the stepper motor. The circuits described are simple and easy to assemble and may be useful for students, undergrad researchers, laboratory technicians and even for trained researchers.
  • A remark on quantum cloning Articles

    de Ronde, Christian; Sassoli de Bianchi, Massimiliano

    Abstract in English:

    Abstract Physical entities are not truly teleported in so-called quantum teleportation, only their states are. Similarly, physical entities are not truly cloned in so-called quantum cloning, only their states are. The celebrated no-cloning theorem tells us that a universal cloning machine, able to perfectly clone arbitrary states, cannot be built. However, this only applies to discernible quantum entities. For the indiscernible ones, which are already perfect clones of one another, the additional cloning of their state is in fact a natural process, which happens in a spontaneous way, as soon as they are allowed to interact.
  • Comparison between simulation and real two degrees of freedom vibration system Artigos Gerais

    Bühler, Alexandre J.; Lago, Matheus; Bergamim, Vitor G.; Deves, Matheus R.

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Na engenharia, compreender corretamente os elementos que compõem os sistemas vibratórios e a física envolvida nestes é fundamental no projeto de estruturas e máquinas, por exemplo. Embora em muitos casos, no estudo de sistemas vibratórios não seja possível analisar o sistema somente com um grau de liberdade, sistemas com dois graus ou mais são muito pouco abordados em livros de Física Geral. Este artigo traz a fundamentação teórica para a análise de sistemas de dois graus de liberdade e apresenta um sistema construído com duas massas e três molas vibrando na direção do campo gravitacional da Terra. Para este sistema foi realizada uma simulação por meio do software Modellus que foi comparada com dados reais da vibração do sistema construido, obtidos por meio do software Tracker. Os dados medidos foram analisados utilizando curvas de ajuste de acordo com o modelo físico proposto e por meio de transformada rápida de Fourier. Em ambos os casos, os resultados encontrados para os dois modos de vibração estão de acordo com o previsto pela teoria.

    Abstract in English:

    Abstract In engineering, to correctly understand the elements presented in vibratory systems and the physics involved in them is paramount for designing of structures and machines, for example. Although in many cases, in the study of vibratory systems it is not possible to analyze the system only with one degree of freedom, systems with two degrees or more are very little approached in General Physics books. This article presents the theoretical basis for the analysis of systems of two degrees of freedom and presents a system constructed with two masses and three springs vibrating in the direction of the gravitational field of the Earth. For this system, a simulation was carried out using the Modellus software, which was compared with the actual system vibration data obtained through the Tracker software. The measured data were analyzed using fitting curves according to the proposed physical model and by means of Fast Fourier Transform. In both cases, the found results for the two modes of vibration are in according with the predicted by theory.
  • Emmy Nöther’s Theorem, 100 years: Allegory of the Misogyny in Science Articles

    Areas, Roberta; Barbosa, Marcia C.; Santana, Ademir E.

    Abstract in Portuguese:

    Resumo O teorema de Nöther é revisitado com dois objetivos: ressaltar a significado desses resultados para a física contemporânea e ao mesmo tempo apresentar aspectos da biografia de Emmy Nöther, enfatizando a misoginia sofrida na sua atividade científica, a despeito da reconhecida importância, ainda em vida, de seus trabalhos. Sob esta perspectiva, a vida de Emmy Nöther levanta a questão sobre a situação atual da atuação da mulher em ciência. Esse aspecto é abordado através de uma análise da participação de mulheres atuando em ciências com dados do CNPq e da CAPES. Para discutir e apresentar a dimensão apropriada dos resultados principais de Emmy Nöther, contextualizando a importância na física contemporânea, um caminho algébrico é seguido (nos livros textos, os teoremas são apresentados através do formalismo Lagrangiano), mas tanto quanto possível procurando uma abordagem discurso pedagógica.

    Abstract in English:

    Abstract The Nöther's theorem is revisited with two main goals: to reinforce the meaning of such results for the contemporary physics and to present aspects of the Nöther's biography emphasizing the misogyny process that she suffered during her scientific life, despite of the recognized importance of her results even when she was alive. Under this perspective, the Nöther's live raises questions about the present-day participation of women in science. This aspect is addressed by an analysis of female researchers, by using data from CNPq and CAPES (two Brazilian Government agencies). In order to discuss and to present a proper dimension of the Nöther results, emphasizing such results for physics, an algebraic way is followed (usually such results are derived through the Lagrangian formalism); however, as much as possible, looking for a pedagogical presentation.
  • Total entropy variation for an object in contact with heat reservoirs: the path to reversibility Artigos Gerais

    Freitas, Lucas R. D.; Pereira, Luiz Felipe C.

    Abstract in Portuguese:

    Resumo A segunda lei da termodinâmica é um dos tópicos de física fundamental menos compreendidos por estudantes e profissionais de ciências exatas e engenharias, talvez devido à sua sutileza e abundância de enunciados. Neste trabalho analisamos a variação de entropia de um sistema isolado, formado por um corpo de capacidade calorífica C(T) e um ou mais reservatórios térmicos, quando a temperatura absoluta do corpo varia através da troca de calor com os reservatórios de maneira sucessiva. Obtemos uma expressão geral para a variação de entropia total, ΔS(0), em função de C(T) e do número de reservatórios térmicos N. Mostramos numericamente que ΔS(0) diminui à medida de N aumenta e, considerando que no limite N → ∞ a diferença de temperatura entre reservatórios sucessivos é infinitesimal, mostramos analiticamente que limN→∞ΔS(0)=0, resultado esperado da segunda lei da termodinâmica para um processo quase-estático reversível. Por fim, sugerimos que a demonstração de que a variação da entropia total é nula quando a temperatura do corpo varia quase-estaticamente pode servir de base para uma avaliação do entendimento da segunda lei da termodinâmica por parte de estudantes de graduação em ciências exatas e engenharias.

    Abstract in English:

    Abstract The second law of thermodynamics is one of the least understood fundamental physical laws, even among science and engineering students and professionals, possibly due to its subtleness and several seemingly different statements. Here we investigate the entropy variation of an isolated system composed of an object of heat capacity C(T) and one or more heat reservoirs, as the absolute temperature of the object varies due to heat exchange with subsequent reservoirs. We obtain a general expression for the total entropy variation, ΔS(0), in terms of C(T) and the number of reservoirs N. We numerically show that ΔS(0) decreases as N increases, and considering that as N → ∞ the temperature difference between subsequent reservoirs becomes infinitesimal, we analytically show that limN→∞ΔS(0)=0, in accordance with the second law of thermodynamics for a reversible quasi-static process. We conclude by proposing an undergraduate exam problem based on the demonstration that the total entropy variation vanishes in the quasi-static limit.
  • Generating exact solutions in General Relativity through Kerr-Schild method Artigos Gerais

    Ribeiro, Eduardo V. S.; Cuadros-Melgar, Bertha; Cardoso, Flavia R.

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Neste trabalho, apresentamos o método de Kerr-Schild para obter novas soluções das equações de campo de Einstein a partir de uma solução de fundo conhecida. São mostradas algumas das propriedades e uma introdução histórica do método, além da apresentação de alguns exemplos de sua aplicação.

    Abstract in English:

    Abstract In this work we introduce Kerr-Schild method to obtain new solutions to Einstein field equations from a known background solution. We show some properties, a historical introduction of the method, and some examples of its application.
  • Hardy's Experiment: the simplest proof of the violation of EPR's Local Realism Artigos Gerais

    Fassarella, Lucio S.

    Abstract in Portuguese:

    Resumo O Experimento de Hardy constitui um tipo de experimento físico pelo qual podemos demonstrar e verificar a validade experimental do Teorema de Bell, o qual afirma que a Mecânica Quântica não é uma teoria física realista local. Aqui, revisitamos a reformulação dada por N.D. Mermin em 1994 da proposta original de L. Hardy apresentada em 1992, definindo conceitos básicos, indicando realizações experimentais e discutindo tópicos relacionados.

    Abstract in English:

    Abstract Hardy's Experiment is an alternative to experimental verification of Bell's Theorem, which states that quantum mechanics is not a realistic local physical theory. Here we review the reformulation given by N.D. Mermin in 1994 of L. Hardy's original proposal presented in 1992, with the definition of basic concepts, indication of experimental achievements, and discussion of related topics.
  • Solution of the hydrogen atom using Supersymmetry Artigos Gerais

    Monteiro, João Marcos Costa; Algozini, Airton; Drigo, Elso

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Nesse trabalho apresentamos a solução da equação de Schrödinger através de uma versão moderna do método de fatorização usando o formalismo da chamada Mecânica Quântica Supersimétrica. O sistema tratado é o átomo de hidrogênio e tanto a parte radial como a angular das coordenadas esféricas são tratadas com a metodologia apresentada. Especial destaque é dado às adequações necessárias a cada uma dessas coordenadas. A abordagem utilizada é geral e pode ser apresentada como alternativa aos métodos tradicionais de solução da equação de Schrödinger como, por exemplo, o método de Frobenius.

    Abstract in English:

    Abstract In this work we present the solution of the Schrödinger equation through a modern version of the factorization method by using the formalism of the so-called Supersymmetric Quantum Mechanics. The analyzed system is the hydrogen atom, the radial and the angular parts of the spherical coordinates are studied with the presented methodology. Special emphasis is given to adaptation made to each of these coordinates. The approach used is general and can be presented as an alternative to traditional methods of solution of the Schrödinger equation such as the Frobenius method.
  • A control interface for Computational Fluid Dynamics Artigos Gerais

    Fernandes, Thiago F. D. Dias; Moreira, Nilton L.

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Neste artigo apresentaremos uma proposta para a utilização da dinâmica de fluidos computacional sob uma perspectiva educacional, tendo como alvo as disciplinas de mecânica dos fluidos e fenômenos de transporte, nos períodos iniciais de cursos de Engenharia e Física. A importância da utilização da simulação na formação de base é amplamente corroborada pela literatura, contudo, pretende-se que o uso da CFD não seja somente demonstrativo, mas que coloque o usuário final como agente diretamente responsável por manipular e codificar dados e resultados das simulações propostas. Propõe-se então uma interface de manipulação e controle para o software opensource OpenFOAM, cujo objetivo principal é evitar a complexa edição e manipulação do código-fonte e scripts de controle típicos desse programa.

    Abstract in English:

    Abstract In this article we will present a proposal for the use of computational fluid dynamics under an educational perspective, targeting disciplines of fluid mechanics and transport phenomena, on initial periods of engineering and physics courses. The importance of the use of simulation in undergraduated education is widely supported by the literature, however, is proposing to work it so not only statement, but the final users as officer directly responsible for handling and encode data and results of simulations. Second, a manipulation and control interface for the opensource software OpenFOAM, in order to take out the users the responsibility of editing the source code and scripts of typical control of this program.
  • Re-assessing Numerical Solutions to the Wave Equations Artigos Gerais

    Silva, Adilson Costa da; Helayël, José Abdalla

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Nesta contribuição, é nosso principal objetivo apresentar um método numérico de solução da equação de onda, seja esta de origem mecânica ou eletromagnética. Baseando-nos nesta solução, podemos avaliar o comportamento destas ondas sob diferentes aspectos e condições, visto que, as ondas eletromagnéticas conseguem se propagar no vácuo, ou seja, não necessitam de um meio de propagação, enquanto as ondas mecânicas necessitam de um meio de propagação. Neste artigo, o leitor perceberá que a implementação numérica será a mesma tanto para ondas mecânicas quanto para ondas eletromagnéticas. Como iremos avaliar o comportamento de ondas em apenas um meio de propagação, utilizaremos o método de diferenças finitas para discretizar esta equação. Um dos propósitos deste trabalho é incentivar os leitores a utilizarem métodos numéricos de soluções aplicados à Física. Logo, abordamos de forma bastante simples a solução numérica do problema aqui tratado, bem como suas aplicações sob diferentes condições, atendo-nos com cuidado à precisão do método. Para validar a metodologia implementada nesta contribuição, comparamos os resultados obtidos com soluções analíticas disponíveis na literatura.

    Abstract in English:

    Abstract Numerical solutions to the mechanical and electromagnetic wave equations have been worked out. In terms of numerical solutions, we can evaluate the behavior of these waves under different view points, for the equation that governs these phenomena differ specifically in the propagation speed. Thus, the numerical implementation follows without changes for both the mechanical and electromagnetic waves. As we are interested in evaluating the behavior of the wave solutions in a single propagation medium, we shall make use of the finite difference method to discretize the wave equation. As one of the main goals of this contribution is to encourage readers to use numerical methods to find solutions for physical problems, we shall present in a very simple way the numerical procedures, as well as their applications under different conditions, taking care, however, of the precision of the method. To validate the methodology implemented in our paper, we compare the analytical solutions available in the literature with the results here obtained.
  • Study of stellar activity of Kepler-289 from the modeling of planetary transits Artigos Gerais

    Souza, Alexandre Araujo de; Valio, Adriana

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Neste trabalho apresentamos um estudo sobre atividade estelar e trânsitos planetários de exoplanetas. Sem apresentar rigor matemático demostramos como obter parâmetros físicos como: temperatura, intensidade e posição de manchas em superfície de estrelas do tipo solar, bem como, a rotação estelar média a partir de dados públicos da Missão Espacial Kepler. Como exemplo, usamos as curvas de luz da estrela Kepler-289 e modelamos o trânsito do planeta Kepler-289d, resultando em 9 manchas detectadas e uma rotação estelar média de 8,76 dias.

    Abstract in English:

    Abstract We present a study of stellar activity and planetary transits of exoplanets. Without showing a mathematical rigor we showed how to obtain physical parameters such as: temperature, intensity and position of spots on the surface of solar type stars, as well as the average stellar rotation from public data of the Kepler Space Mission. As an example, we used the light curves of the Kepler-289 star and modeled the transits of the planet Kepler-289d resulting in 9 detected spots and a mean stellar rotation of 8.76 days.
  • The search for violations of the Lorentz symmetry: testing the principles of special relativity in the Planck scale Artigos Gerais

    Ferrari, A. F.

    Abstract in Portuguese:

    Resumo A relatividade restrita, proposta por Einstein no começo do século XX, veio a se tornar um dos pilares da física. Contudo, uma das lições que aprendemos com ela é que teorias físicas geralmente tem seu domínio de validade: uma teoria de grande sucesso em descrever certos fenômenos pode simplesmente deixar de valer se extrapolada para um novo regime. Desta forma, a teoria da relatividade também pode ter seu domínio de validade, e é fundamental testar seus princípios em regimes que não foram ainda investigados. Um exemplo é na chamada escala de Planck, onde a compreensão atual da mecânica quântica e da gravitação mostra-se incompleta, e justamente por isso esperamos o surgimento de nova física. Vamos discutir como a busca por violações da simetria de Lorentz, o princípio fundamental da teoria da relatividade restrita, se apresenta como uma janela para a investigação da física na escala de Planck. Boa parte desse trabalho pode ser lido como um texto de divulgação científica, mas ao final apresentamos uma análise da eletrodinâmica com violações de Lorentz, pensada para leitores com uma formação de física em nível de graduação.

    Abstract in English:

    Abstract Special relativity, proposed by Einstein at the beginning of the twentieth century, has become one of the pillars of physics. However, one of the lessons we have learned from it is that physical theories generally have their domain of validity: a highly successful theory describing certain phenomena may simply stop working if extrapolated to a new regime. Therefore, relativity theory may also have its validity domain, and it is fundamental to test its principles in regimes that have not yet been investigated. An example is the so-called Planck scale, where the current understanding of quantum mechanics and gravitation is incomplete, and precisely because of that, we expect the emergence of new physics. We will discuss how the search for violations of Lorentz symmetry, the fundamental principle of the theory of special relativity, presents itself as a window to the investigation of physics in the Planck scale. Much of this work can be read as a text of science popularization, but at the end we present an analysis of the electrodynamics with Lorentz violations, intended for readers with a knowledge of physics at undergraduate level.
  • Mechanisms for energy limitation of cosmic rays during propagation Artigos Gerais

    Bandeira, Yan Bueno; Mackedanz, Luiz Fernando

    Abstract in Portuguese:

    Resumo A cada segundo que passa, um número muito grande de partículas de origem cósmica atravessam o planeta. A maior parte delas pouco interage com a matéria e sua passagem não é percebida, exceto pelos pesquisadores da física de partículas. Os raios cósmicos são um tipo destas partículas, de origem extraterrestre, que podem ser estudados com auxílio de detectores. Neste trabalho, apresentamos um estudo sobre as formas como os raios cósmicos interagem durante sua propagação até a Terra, levando a um limite de energia acessível para detectores no solo. Utilizando apenas conhecimentos de Eletromagnetismo e de Relatividade Restrita, buscamos explicar este mecanismo para estudantes que tenham interesse na área, mas que ainda não aprofundaram estudos em física de partículas. Nosso objetivo é apresentar um material didático e acessível para estes interessados.

    Abstract in English:

    Abstract A very large number of particles of cosmic origin cross the planet every second. Most of them rarely interact with matter, and their passage is not perceived except by researchers of particle physics. Cosmic rays are a type of these particles, of extraterrestrial origin, that can be studied with the help of detectors. In this work, we present a study on the ways in which cosmic rays interact during their propagation to Earth, leading to an accessible energy limit for detectors in the ground. Using only Electromagnetism and Special Relativity knowledge, we seek to explain this mechanism to students who have an interest in the field, but who have not yet studied in particle physics. Our objective is to present a didactic and accessible material for these interested parties.
  • Statistics of South Delta-Aquariids (SDA) meteor showers registered at UNIVAP in 2017 and 2018 Articles

    Silva, Rita de Cássia Alves da; Pimentel, Guilherme Jayme Allan; Fernandes, Francisco Carlos Rocha; Caritá, Lucas Antonio; Rodrigues, Irapuan

    Abstract in English:

    Abstract Meteor showers, seen at regular and frequent intervals, occur when the Earth crosses the orbit of a comet and many small dust particles enter the Earth's atmosphere. In this paper we compare the Southern Delta-Aquariids (SDA) shower recorded by the UVP1 and UVP2 meteor monitoring stations in the Southeastern of Brazil, in 2017 and 2018. These stations are affiliated with EXOSS Citizen Science meteor monitoring network. The SDA meteor shower represented the most active radiant in these two years of data recorded by these stations. 27 detections were achieved in 2017 (between July 12 and August 24) and 15 detections in 2018 (between July 18 and August 20). The meteor properties highlighted and compared throughout the present text are: duration, apparent magnitude and angular velocity. We used estimations provided by the UFOAnalyzer program, since there is no doubled captures from diverse stations far separated. This article helps to highlight the importance of the EXOSS project, aligned with the concept of citizen science, valuing the partnership between amateur astronomers and professional scientists in data collection and wide dissemination of knowledge related to the science of meteors. This work is the result of two scientific initiation projects, with an educational cooperation between the Universidade do Vale do Paraíba (UNIVAP) and the Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo campus São José dos Campos (IFSP-SJC).
  • Dissipation and mass redistribution as a mechanism of propulsion in closed systems Articles

    Xavier, Ademir L

    Abstract in English:

    Abstract In this work, the mechanism behind motion in closed systems is investigated by studying two simple mechanical systems. Firstly, a simple “ballistic” car system introduces the subject of propulsion as a function of a parameter that modulates the amount of ejected mass, thus allowing a transition between a closed to an open system. The second example provides a physically realizable (and optimizable) system, in which a mass sliding on the internal surface of a mechanical wheeled cavity is shown to produce a net movement, provided that dissipation is present. Several additional ways are discussed by which to ‘open’ a system whilst keeping the mass constant. As a function of strict momentum conservation, it is concluded that both internal mass motion and dissipation are key factors in the only way a mechanical system can move itself in a weak sense, in contrast to a strong meaning of ‘self-propulsion’.
  • Equivalence between the planar Dirac oscillator and a spin-1/2 fermion embedded in a transverse homogeneous magnetic field Articles

    Castro, Antonio Soares de

    Abstract in English:

    Abstract It is shown that a spin-1/2 fermion coupled to the axially symmetric electromagnetic vector potential has the same matrix structure as that one for the planar Dirac oscillator. In particular, the planar Dirac oscillator can be interpreted as a charged particle minimally coupled to a transverse homogeneous magnetic field.
  • A smooth path to plot hydrogen atom via Monte Carlo method Articles

    Lobo, Pedro Henrique Fernandes; Arashiro, Everaldo; Silva, Alcides Castro e; Pinheiro, Carlos Felipe Saraiva

    Abstract in English:

    Abstract In this paper, we show how to build a basic computer program using the Monte Carlo method to display the hydrogen atomic orbitals. For this, in a heuristic way, we applied a von Neumann acceptance-rejection method in simple problems of potential wells, and we end with the hydrogen orbitals representation. In this technique, we spread points uniformly on the 1D and 2D charts of probability density distributions, then we filtered points under these “curves or surfaces”, and we extended this logic to 3D cases. Throughout the work, we also made some comments to help beginner students better understand the term “wave function” present in the Schrödinger equation. Also, we made all source code available at a third-party platform, for any purpose under the MIT license.
  • Brachistochrone on the sphere Artigos Gerais

    Ferreira, Rafael Xavier Deiga; Salazar, Hector Leny Carrion

    Abstract in Portuguese:

    Abstract O problema consiste em determinar a trajetória (entre dois pontos dados) de menor tempo de um corpo, que parte do repouso, restrito a se mover numa superfície esférica e sujeito a um campo gravitacional constante. Através da equação de Euler-Lagrange, obtém-se uma expressão para o tempo total de percurso. O problema foi resolvido numericamente usando técnicas de física computacional e foram obtidos valores numéricos para alguns casos particulares usando o software Mathematica, os quais foram comparados com o tempo de queda livre e com o tempo que o corpo levaria caso se deslocasse pela geodésica da esfera (que liga os dois pontos dados). Além disso, foi estudada a dependência do tempo que o corpo leva para chegar ao final da trajetória com a posição na qual ele é solto numa mesma curva de tempo mínimo (análogo ao problema da tautócrona no plano).

    Abstract in English:

    Abstract The problem is to find the path (between two given points) of minimum time of a body, which is released from rest, restricted to a sphere surface and under a constant gravitational field. Using Euler-Lagrange equation, it is found a expression to the total travel time. The problem was solved numerically using computation physics techniques and some numerical values were obtain using the software Mathematica, which were compared with the free fall time and with the time that the body would do if it moved in the sphere geodesic (which connects the two given points). Besides, it was studied the time dependence of the body with the position in which it is released in a same path of minimum time (analogous to the tautochrone problem in the plane).
  • Proposal of activity for the study of two-dimensional movements in the introductory courses of Physics Articles

    Almeida, Marcos Melo de

    Abstract in Portuguese:

    Abstract Neste artigo apresento uma proposta sobre a utilização do algoritmo de Verlet no estudo de lançamentos bidimensionais nos cursos universitários introdutórios de Física. A proposta visa, ao mesmo tempo que estudamos os processos dinâmicos sobre uma partícula movendo-se sob a influência de uma força conhecida, analisar os conceitos matemáticos de limite e derivada de uma função. Tais conceitos matemáticos, apesar de fundamentais e básicos, apresentam uma dificuldade a mais para os estudantes dos cursos introdutórios, visto que para muitos deles o curso de Física é o primeiro contato com estes conceitos.

    Abstract in English:

    Abstract In this paper I present a proposition for the application of the Verlet algorithm to the two-dimensional projectile motion in College Introductory Physics Courses. This work intents to study dynamical process on a particle moving under the influence of a known force e analize the mathematical concepts of limit and derivative of a function. These mathematical concepts, besides fundamental and basic ones, present one more difficulty to students in Introductory Physics Courses, since it is probably the first time students have contact with them.
  • A simplified description of bodies floating in the water Articles

    Paiva, Eduardo De

    Abstract in English:

    Abstract The Archimedes' principle and the concepts of equilibrium of forces and density are used to a simple theoretical description of the process of body floating in the water. The analysis is performed for containers easily found in quotidian and is based on the proportion among the air volume inside the container, the water volume within it and on the volume of the container walls. In following, direct experimental demonstrations are proposed.
  • Use of interactive platforms and new technologies in the radiation physics teaching for health area courses Pesquisa Em Ensino De Física

    Leal, Teresa Cristina dos Santos; Oliveira, Alaercio Aparecido de

    Abstract in Portuguese:

    Resumo O presente artigo apresenta a dificuldade que discentes das áreas de saúde encontram na compreensão de conceitos de Física das Radiações e sua aplicabilidade. A utilização de ferramentas e métodos inovadores e tecnológicos associados aos conceitos teóricos favorece o ensino-aprendizagem. A pesquisa descreve resultados que retratam mudanças que são percebidas nos estudantes durante e após a utilização das ferramentas e demonstram a posição do estudante como sujeito ativo no processo de ensino-aprendizagem. A partir de um movimento de transformação das estruturas disciplinares, evidencia-se a correlação entre a busca de maior participação ativa e crítica dos estudantes quando se tem um dinamismo nas aulas. Conclui-se que as vantagens em termos de aproveitamento, desempenho académico e satisfação dos estudantes envolvidos quando comparado com os métodos tradicionais de ensino, foi de aproximadamente 93% de aceitação, o que expressa um aumento significativo no desempenho dos alunos e a boa aceitação de tais metodologias. Verifica-se também a satisfação do professor, que passa a estimular mais seus alunos, a exercer diversas atividades mentais dos discentes em novas proposta, oportunizando que estes assimilarem e construíam novos conhecimentos, desenvolvendo o raciocínio crítico.

    Abstract in English:

    Abstract The research presents the difficulty that students of the health areas face to understanding concepts of Radiation Physics and their applicability. The use of innovative and technological tools and methods associated with theoretical concepts favors the teaching learning process. The research describes results that show changes that are perceived in students during and after the use of the tools and demonstrate the student's position as an active subject in the teaching learning process. From a movement of transformation of the disciplinary structures, it is evident the correlation between the search of greater active and critical participation of the students when one has a dynamism in the classes. It was concluded that the advantages in terms of achievement, academic performance and student satisfaction involved when compared to traditional teaching methods were approximately 93% acceptance, which expresses a significant increase in students' performance and the good acceptance of such methodologies. It is also verified the satisfaction of the teacher, who begins to stimulate more students, to exercise several mental activities of the students in new proposals, allowing them to assimilate and build new knowledge, developing critical thinking.
  • Gamification as an active learning strategy in the Physics education Pesquisa Em Ensino De Física

    Silva, João Batista da; Sales, Gilvandenys Leite; Castro, Juscileide Braga de

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Neste trabalho são apresentados os resultados do ganho de aprendizagem proporcionado pela gamificação aplicada como estratégia de aprendizagem ativa nas aulas de Física com alunos do Ensino Médio. A gamificação consiste na utilização dos elementos de design de jogos no ambiente de aprendizagem para engajar, motivar e melhorar o desempenho dos alunos. Nessa investigação foi realizado um estudo quase-experimental envolvendo grupo controle (GC) e grupo experimental (GE). Os instrumentos utilizados para coleta de dados foram dois testes iguais aplicados antes e depois da aplicação da metodologia. A análise do desempenho de cada grupo foi realizada por meio do teste de ganho normatizado proposto por Hake. Os resultados mostraram que os alunos que tiveram aulas gamificadas obtiveram um ganho de aprendizagem (g = 0,38) superior aos alunos que tiveram aulas tradicionais (g = 0,11). Diante da carência de pesquisas empíricas na literatura que mensurem ganho normatizado em atividades gamificadas no ensino de Física, espera-se que esta pesquisa possa contribuir para cobrir essa lacuna.

    Abstract in English:

    Abstract This work presents the results of the learning gain provided by gamification applied as an active learning strategy in Physics classes with high school students. Gamification consists of using game design elements in the learning environment to engage, motivate, and improve student performance. In this investigation, a quasi-experimental study was carried out involving control group (CG) and experimental group (GE). The instruments used for data collection were two equal tests applied before and after the application of the methodology. The performance analysis of each group was performed through the normalized gain test proposed by Hake. The results showed that the students who had gamified classes achieved a learning gain (g = 0.38) higher than the students who had traditional classes (g = 0,11). Given the lack of empirical studies in the literature that measure normalized gain in gamified activities in Physics education, it is hoped that this research may contribute to cover this gap.
  • Physics textbooks – what features students most value? Pesquisa Em Ensino De Física

    Artuso, Alysson Ramos; De Martino, Luis Henrique; Costa, Henrique Vieira da; Lima, Leticia

    Abstract in Portuguese:

    Resumo O livro didático se justifica como objeto de estudo tanto no seu aspecto financeiro, pois bilhões de reais anuais são aplicados no PNLD, quanto pedagógico, de uso e papel na cultura escolar. Por isso, o artigo tem por objetivo identificar, na opinião de estudantes brasileiros de Ensino Médio, as características consideradas mais e menos importantes de um livro didático. Para tal, foi feito um survey transversal com perguntas baseadas em estudos qualitativos anteriores. Os dados foram coletados por meio de questionários aplicados a 374 estudantes das cinco regiões brasileiras. Por meio da análise estatística descritiva e de testes de hipótese, ranqueou-se os interesses e comparou-se as respostas de diferentes subgrupos. Em síntese, o desejo dos estudantes é por um livro com conceitos corretos, resumos e esquemas que permitam a fácil identificação dos pontos chaves, mas também com temas e abordagens que despertem o interesse e exemplifiquem em abundância o conteúdo. Contudo, há várias diferenças entre os subconjuntos de respostas, em especial no tipo de escola (pública ou privada) e sexo. Diferenças entre as regiões também permitem questionar a validade de um livro padronizado para todo o país, sem a consideração das especificidades locais.

    Abstract in English:

    Abstract The textbook as object of study is supported both in its financial aspect, half billion dollars are annually invested in the PNLD (The Brazilian program to select and buy textbook), and in its pedagogical discussion of use and role in school culture. Therefore, this article aims to identify, in the opinion of Brazilian high school students, the most and least important features of Physics textbooks. For this purpose, a cross-sectional survey was conducted, with questions based on previous qualitative studies. The data was collected through questionnaires answered by 374 students from five regions in Brazil. Using descriptive statistical tools and hypothesis tests, the interests were ranked and the responses of different subgroups were compared. The students' desire is for a textbook with correct concepts, summaries and diagrams that allow easy identification of the key concepts, but also with themes and approaches that arouse interest and exemplify the content. However, there are many differences in responses among sample subsets, especially in the type of school (public or private) and gender. Differences among Brazilian regions also allow us to question the validity of a standardized textbook for the whole country, without regard to local specificities.
  • Mapping of equipotential surfaces using the free Quantum Geographic Information System software Physics Education Research

    Finatto, H.; Voigt, G. H. M.; Carvalho, B. C.; Zegarra, L. B. Reyna; Armas, L. E. G.

    Abstract in English:

    Abstract In this work, we report the mapping of electrical equipotential lines (1D) and equipotential surfaces (3D) using the free Quantum Geographic information system (QGIS) software. For this purpose, experiments taking into account, four different electrical configurations were performed on physics classes of undergraduate students, using two conductors of opposite electrical charges for each experiment. For the first experiment two copper parallel linear conductors; for the second, a copper parallel linear conductor with a small circular ring acting as a point charge; for the third, two concentric circular ring and for the fourth one a semicircular ring with a small circular ring acting as point charge. The experimental data were treated and interpolated in the, open source, QGIS software, used in geoprocessing, to map the electrical equipotential planes and surfaces.
  • Electrodynamics experiment comparative analysis: Real Lab vs Remote Lab Pesquisa Em Ensino De Física

    Vilela, Douglas Carlos; Germano, José Silvério Edmundo; Monteiro, Marco Aurélio Alvarenga; Carvalho, Samuel José de

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Este artigo apresenta um estudo comparativo da aplicação de um experimento de física de eletrodinâmica básica, quando realizado num Laboratório Tradicional (LT) e num Laboratório Remoto (LR) via internet. Para analisar e validar os resultados, realizamos uma análise estatística do ganho de aprendizagem, tamanho do efeito da metodologia aplicada, confiabilidade do questionário de pré-teste e pós-teste e análise da variância das respostas dos estudantes. A pesquisa foi realizada com uma amostra de 304 alunos de cinco escolas distintas de ensino médio da cidade de Guaratinguetá do estado de São Paulo – Brasil. Para manter a fidelidade do estudo, a construção do experimento de eletrodinâmica foi a mesma, tanto no formato tradicional quanto no formato remoto. Os alunos de cada uma das cinco escolas, foram separados em turmas A e B e submetidos a um pré-teste contendo 10 questões para verificação do conhecimento inicial sobre o tema. Em sequência, os alunos da turma A tiveram acesso ao LT enquanto os da turma B ao LR para realização do experimento. Ao final do processo, foi aplicado um pós-teste contendo 10 questões para verificação do conhecimento após o estudo experimental. A estatística dos resultados mostrou resultados equivalentes entre as turmas A e B no processo de aprendizagem em todas as escolas analisadas.

    Abstract in English:

    Abstract This paper presents a comparative study of simple electrodynamics experiment, when performed in the Traditional Laboratory (TL) and in the Remote Laboratory (RL) via the internet. Analyze and validate the results, performing an statistical analysis of the learning gain, size of the applied methodology, reliability of the pre-test and post-test questionnaire and analysis of the variance of the students' responses. The research was applied with 304 students from five high schools in the city of Guaratinguetá in the state of São Paulo - Brazil. In order to maintain the fidelity of the study, the construction of the electrodynamic remote experiment was similar the traditional format. Students from each of the five schools were separated into classes A and B prepared a pre-test containing 10 questions for the selection of initial knowledge on the topic. In sequence, students in class A had access to the TL while those in class B to the RL to perform the experiment. At the end of the process, it was submitted to a test containing 10 questions to verify the knowledge after the experimental study. Final results had show equivalente learning between classes A and B in all schools analyzed.
  • Evaluation of the understanding of mechanical waves using a multiple-choice test in Spanish Physics Education Research

    Barniol, Pablo; Zavala, Genaro

    Abstract in Spanish:

    Resumen El “Mechanical Waves Conceptual Survey (MWCS)”, es el test de opciones múltiples más importante diseñado hasta la fecha para evaluar el entendimiento de estudiantes universitarios en cuatro temas de ondas mecánicas: propagación, superposición, reflexión y ondas estacionarias. En este estudio se presenta una modificación significativa de este test en español. El test fue implementado con 418 estudiantes que terminaban un curso que cubre los temas evaluados por el test en una universidad privada mexicana. Los cuatro objetivos del presente artículo son: (1) presentar el test en español y su proceso de rediseño, (2) mostrar que es un instrumento de evaluación confiable con poder discriminatorio adecuado, (3) exponer un análisis detallado del entendimiento de los estudiantes en los conceptos evaluados en el test, y (4) establecer recomendaciones específicas, basadas en los análisis previos, para la instrucción de estos conceptos. De esta forma, este artículo ofrece un análisis exhaustivo de dificultades de entendimiento, recomendaciones basadas en investigación y un test disponible en el Apéndice que pueden ser empleados por investigadores del área de la enseñanza de la física, y por profesores que enseñen el tema de ondas mecánicas en cursos de física en países hispanohablantes.

    Abstract in English:

    Abstract The “Mechanical Waves Conceptual Survey (MWCS)”, is the most important multiple-choice test designed to date to evaluate the understanding of university students in four themes of mechanical waves: propagation, superposition, reflection, and standing waves. In this study, we present a significant modification of this test in Spanish. We administered the test to 418 students who finished a course that covers the topics tested by the survey in a private Mexican university. The four objectives of this article are: (1) to present the test in Spanish and its redesign process, (2) to show that it is a reliable evaluation instrument with adequate discriminatory power, (3) to present a detailed analysis of students' understanding on the concepts evaluated in the test, and (4) to establish specific recommendations, based on the previous analyzes, for the instruction of these concepts. In this way, this article offers a comprehensive analysis of understanding difficulties, research-based recommendations and the test available in the appendix that can be used by researchers in the field of physics education, and by teachers who teach the subject of mechanical waves in physics courses in Spanish-speaking countries.
  • Rediscovering Hubble's empirical law in the classroom Produtos E Materiais Didáticos

    Rocha, V R Peçanha da; Tort, A C

    Abstract in Portuguese:

    Resumo O século 20 é marcado por duas grandes descobertas cosmológicas: a expansão do Universo, e a medida da radiação cósmica de fundo correspondente a uma temperatura de T=2.275 K. Esta última, conjuntamente com a predição correta da abundância dos elementos formam os pilares que sustentam o modelo cosmológico atual ou modelo cosmológico padrão. Neste trabalho propomos a redescoberta da lei empírica de Hubble em sala de aula por meio de atividades práticas que promovem a participação ativa dos alunos. A lei empírica de Hubble é o ponto de partida da concepção de que nosso universo está em expansão,

    Abstract in English:

    Abstract The 20th century witnessed two great cosmological discoveries: The Cosmic Background Radiation corresponding to a black body temperature T=2.275 K, and the expansion of the universe expressed by the cosmological version of Hubble's empirical law of 1929. In this paper we propose a pedagogical reconstruction in class of the original Hubble's law with a hands-on approach making use of modern resources freely available on the web.
  • Low cost optical spectroscopy: a strategy to introduce quantum physics concepts in high school Produtos E Materiais Didáticos

    Azevedo, Aissa L.; Sousa, Anderson K.S.; Castro, Tiago J.

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Neste artigo, reportamos a confecção e discutimos a aplicabilidade de um espectrômetro óptico de baixo custo como recurso didático para a introdução de conceitos de Física Quântica no ensino médio. O protótipo foi desenvolvido usando grade de difração comercial, lentes convergentes (lupas), webcam e o software Tracker para extração dos dados. Espectros de emissão de fontes luminosas, como lâmpada fluorescente, LEDs e lasers, foram coletados e suas potencialidades para subsidiar a introdução dos conceitos de níveis eletrônicos, banda de energia proibida (band gap), emissão e absorção de fótons, etc., foram exploradas. Propomos também uma atividade experimental com base na fotoexcitação de LEDs para tratar da relação entre energia do fóton e seu comprimento de onda. Além disso, mostramos que o protótipo pode ser satisfatoriamente empregado para a obtenção de espectros de absorção, os quais podem ser usados como elemento motivador para o estudo da interação entre radiação e matéria. Por fim, à luz dos resultados encontrados, discutimos a aplicação da espectroscopia óptica como uma estratégia para atender às diretrizes dos Parâmetros Curriculares Nacionais brasileiros quanto à inserção da Física Quântica na educação básica.

    Abstract in English:

    Abstract In this paper, we report the production and discuss the applicability of a low cost optical spectrometer as a didactic resource for the introduction of Quantum Physics concepts in high school. The prototype was developed using commercial diffraction grating, convergent lenses (magnifying glass), webcam and the software Tracker for data extraction. Emission spectra of light sources, such as fluorescent lamps, LEDs and lasers, were collected and their potentialities to support the introduction of the concepts of electronic levels, band gap energy, emission and absorption of photons, etc., were explored. We also propose an experimental activity based on LED photoexcitation to treat the relationship between photon energy and its wavelength. In addition, we showed that the prototype can be satisfactorily used to obtain absorption spectra, which can be used as a motivating element for the study of the interaction between radiation and matter. Finally, in the light of the results obtained, we discussed the application of optical spectroscopy as a strategy to reach the recommendations of the Brazilian National Curricular Parameters regarding the insertion of Quantum Physics in basic education.
  • Michelson interferometer built with easy access material Produtos E Materiais Didáticos

    Souza, L. G.; Santiago, L. R.; Jesus, V. L. B. de

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Este trabalho apresenta uma possibilidade de montar um interferômetro similar ao empregado no famoso experimento de Michelson e Morley utilizando materiais de fácil acesso e a um custo muito inferior que os experimentos didáticos disponíveis no mercado. Neste artigo, o principal desafio é o de mover um dos espelhos por poucos milímetros, o que é possível usando um sistema confeccionado para esse fim, similar a uma alavanca. O alinhamento é outro grande desafio da montagem aqui proposta. Aqui se apresenta um dispositivo alternativo que possibilita o alinhamento do feixe com precisão suficiente para medir o comprimento de onda da luz do laser com erro relativo de 4%.

    Abstract in English:

    Abstract This work presents a possibility to carry out an interferometer, similar to the one used in the famous Michelson and Morley experiment, using easy access materials and at a much lower cost than the didactic experiments available in the market. The main challenge of this article is to move one of the mirrors by a few millimeters, which is possible using a home-made system similar to a lever. Alignment is another major challenge in this article. Here an alternative device is presented which enables the beam alignment with enough precision to measure the laser wavelength within 4% relative error.
  • Physics experimental practices in the distance: development of an application with arduino for the realization of the Millikan experiment remotely Produtos E Materiais Didáticos

    Barros, Tiago R.; Dias, Wandearley S.

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Apresentamos a elaboração de um sistema que permite o acesso remoto e controle didático de um experimento de física através da internet. Mais especificamente, descrevemos um sistema de instrumentação remota para determinação do valor da carga elementar através do método de Millikan. O sistema é constituído de elementos físicos (hardware) e lógicos (software) integrados à uma plataforma Arduino para o controle e interfaceamento com o computador. A avaliação do protótipo foi realizada em dois testes, envolvendo um professor da rede pública de ensino médio e 14 alunos também da rede pública de ensino médio. Os resultados quantitativos e qualitativos apontam para a viabilidade de implementação do recurso didático.

    Abstract in English:

    Abstract We present the construction of a system that allows remote access and didatic control of a physics experiment through the internet. More specifically, we describe a remote instrumentation system to determine of the value of the elementary charge by using the Millikan method. The system is composed of hardware and software integrated to an Arduino platform in order to control and communication with the computer. The evaluation of the prototype was conducted in two tests, involving a teacher from the public high school and 14 students also from the public high school. The quantitative and qualitative results point out to the feasibility of implementing the didatic resource.
  • Experimental proposal for analysis of the state variables of gases with Arduino Produtos E Materiais Didáticos

    Cardoso, João Michels; Zannin, Marcelo

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Por se tratar de uma ciência amplamente aplicada nos ramos tecnológicos, é essencial que a física seja ensinada a partir de demonstrações dos fenômenos e com relações entre teoria e prática. No entanto, por diversos motivos, os professores optam por aulas puramente expositivas. De maneira geral, verifica-se que, dessa forma, os alunos não se interessam pela disciplina e absorvem o conhecimento de forma mecânica. O presente estudo objetivou a construção de um produto educacional de baixo custo, utilizando a plataforma Arduino, para demonstrar a relação entre as variáveis de estado de um gás ideal em aulas do Ensino Médio. Os resultados demonstraram que, mesmo com materiais simples, é possível a construção de um aparato experimental capaz de extrair dados quantitativos e sua utilização em aula pode contribuir na construção do conhecimento de forma potencialmente significativa.

    Abstract in English:

    Abstract Since it is a widely applied science in the technological fields, it is essential that physics be taught from demonstrations of phenomena and relating theory and practice. However, for lots of reasons, teachers choose mainly expository classes. In general, it is verified that, in such way, the students are not interested in the subject and absorb knowledge in a mechanical way. The present study aimed at the construction of a low cost educational product using the Arduino platform to demonstrate the relationship between the state variables of an ideal gas in secondary school classes. The results showed that, even with simple materials, it is possible to construct an experimental apparatus capable to extract quantitative data and its use in class may contribute to the construction of knowledge in a potentially significant way.
  • Experimenting with Arduino and Scilab: heat propagation in a metal bar Didactic Resources

    Buksman, E.; Oliveira, A. L. Fonseca de; Barbieri, L.; Ferreira, C.

    Abstract in Spanish:

    Resumen Este artículo presenta un dispositivo flexible y de bajo costo equipo diseñado para la realización de experiencias en el área de propagación de calor, el cual está basado en tecnología Arduino y el ambiente gráfico Xcos de Scilab. Además de la ventaja pedagógica de la implementación realizada por estudiantes de grado de ingeniería, la utilización del equipo ha posibilitado, mediante resultados experimentales, la determinación del coeficiente de convección y el análisis, y ajuste, del efecto de los sensores utilizados en la medida.

    Abstract in English:

    Abstract This article presents a low cost multipurpose device based in Arduino technology and Xcos-Scilab graphical environement, designed for heat propagation experiences. In addition to the pedagogical advantage of the implementation carried out by engineering degree students, the use of the equipment has enabled, through experimental results, the determination of the convection coefficient and the analysis, and adjustment, of the effect of the sensors used in the measurement.
  • Didactic simulator for analysis of transients of voltage waves in a transmission line similar to the principle of reflection and transmission of electromagnetic waves Produtos E Materiais Didáticos

    Cruz, Francisco Marks; Moura, Adriano Aron Freitas de; Moura, Ailson Pereira de; Rocha, Ednardo Pereira da; Crisóstomo, Daniel Carlos de Carvalho; Lemos, Herick Talles Queiroz

    Abstract in Portuguese:

    Abstract O modelo de educação nas últimas décadas passou por mudanças consideráveis do ponto de vista didático. Com o avanço da tecnologia, a velocidade de obtenção de informações aumenta e o uso de ferramentas que permitem a visualização dinâmica de conteúdos torna-se um forte aliado ao processo de ensino-aprendizagem. Este trabalho trata da criação de uma ferramenta interativa para visualizar a propagação de ondas de tensão em uma linha de transmissão similar ao que acontece à transmissão e reflexão de ondas eletromagnéticas que incidem em meios dielétricos diferentes, permitindo a inserção de dados pelo usuário, a fim de facilitar a consolidação do conhecimento. O modelo foi criado a partir do GUIDE do MATLAB, que possui uma interface gráfica com botões de ação que ao serem clicados executam ações como calcular e exibir o gráfico animado. É importante ressaltar que a criação do programa, além de facilitar o entendimento, também permite maior familiarização com o software de simulação computacional e com os parâmetros utilizados na análise transitória de linhas de transmissão. Assim, a análise dos transitórios de ondas de tensão em linhas de transmissão, que consiste em uma difícil área de aprendizagem, devido ao seu caráter teórico, torna-se de fácil assimilação com o uso dessa ferramenta didático-computacional.

    Abstract in English:

    Abstract The model of education in the last decades has undergone considerable changes from a didactic point of view. With the advancement of technology, the speed of getting information increases and the use of tools that allow the dynamic visualization of contents becomes a strong ally to the teaching-learning process. This work deals with the creation of an interactive tool to visualize the propagation of voltage waves in a transmission line similar to what happens to the transmission and reflection of electromagnetic waves that affect different dielectric means, allowing the insertion of data by the user, to facilitate the consolidation of knowledge. We created the model from the MATLAB GUIDE, which has a graphical interface with action buttons that, when clicked, perform actions such as calculating and displaying the animated graphic. It is important to emphasize that the creation of the program, besides facilitating the understanding, also allows greater familiarization with the computer simulation software and with the parameters used in the transient analysis of transmission lines. Thus, the analysis of transients of voltage waves in transmission lines, which comprises a difficult learning area, for its theoretical nature, becomes easy to assimilate with the use of this didactic-computational tool.
  • Perennial scientific distortions and their consequences to science teaching: the relationship among electricity, magnetism and heat História Da Física E Ciências Afins

    Silva, Ana Paula Bispo da

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Distorções históricas podem levar a uma compreensão errada da ciência e trazer consequências indesejadas para o ensino de ciências. Neste trabalho trazemos um estudo de caso histórico em que uma modificação, por conveniência, na descrição de uma pesquisa acabou ocasionando uma distorção conceitual e procedimental que perdura na história. Trata-se de um exemplo de que atribuir fatos, conceitos e fórmulas a um personagem da história tem implicações maiores do uma simples ilustração.

    Abstract in English:

    Abstract Historical distortions can promote a misunderstanding on science and to bring undesirable consequences to science teaching. In this work, we discuss a historical case study in which the description of a research was conveniently altered during their dissemination. As consequence, a distortion of concepts and procedures persists in history of science. This historical case is an example that to attribute facts, concepts and equations to a historical character implies more than a simple illustration.
  • Models in science: traces of historical-epistemological evolution História Da Física E Ciências Afins

    Silva, Fernando Siqueira da; Catelli, Francisco

    Abstract in Portuguese:

    Resumo O que é um modelo? Neste artigo apresentamos alguns aspectos históricos e epistemológicos da noção de modelo desde sua inserção na ciência até a sua concepção mais contemporânea. O cenário é limitado às ciências formais e factuais. Analisando algumas discussões entre filósofos da ciência e cientistas, a respeito das diferentes noções de modelo, partimos do final do século XIX onde aparecem os modelos mecânicos e as analogias em física (1860), passamos pelos modelos em lógica matemática (1920), depois pelos modelos matemáticos, objetos-modelos e seus modelos teóricos (1950) e chegamos à metade final do século XX onde aparecem os modelos computacionais (1980). Percebe-se então que a resposta à pergunta “o que é um modelo?” não pode ser dada de modo universal. Um desenho, um diagrama, um esboço, uma ilustração, um objeto concreto (maquete), uma estrutura matemática (modelo simbólico), um software de computador, uma cópia de alguma coisa (modelo icônico), tudo isso pode ser considerado modelo de algo. Tomados no sentido epistemológico todos podem ser considerados como estruturas concretas ou abstratas que visam de alguma forma representar diferentes aspectos de uma determinada realidade, coisa, fato ou fenômeno.

    Abstract in English:

    Abstract What is a model? In this article we present some historical and epistemological aspects of the notion of model from its insertion in science to its more contemporary conception. The scenario is limited to formal and factual sciences. Analyzing some discussions between philosophers of science and scientists, regarding the different notions of model, we start from the end of the 19th century when mechanical models and analogies in physics appear (1860), we go through the models in mathematical logic (1920), then by mathematical models, object-models and their theoretical models (1950) and we arrive at the end half of the 20th century when the computational models appear (1980). It is then realized that the answer to the question "what is a model?" cannot be given universally. A drawing, a diagram, a sketch, an illustration, a concrete object (mockup), a mathematical structure (symbolic model), a computer software, a copy of something (iconic model), all this can be considered a model of something. Taken in the epistemological sense, all can be considered as concrete or abstract structures that aim in some way to represent different aspects of a certain reality, thing, fact or phenomenon.
  • Azeredo Coutinho and the physical principles for steering a balloon História Da Física E Ciências Afins

    Andrades, José Carlos Corrêa de; Moutinho, Adriano Martins; Pereira, José Fernandes

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Este artigo tem por objetivo fazer a análise de um manuscrito elaborado pelo bispo Azeredo Coutinho – fundador, em 1800, do Seminário de Olinda, em Pernambuco –, no qual se preocupa com os princípios físicos necessários para dar direção a um balão. Esse manuscrito, ofertado ao príncipe D. Pedro, foi posteriormente publicado em 1819. O problema da dirigibilidade de balões só foi efetivamente resolvido em 1901, com o voo de Santos Dumont em seu dirigível N.° 6, que lhe valeu o Prêmio Deutsch. Desde a exibição da subida aos ares de um balão de ar quente na corte de D. João V, realizada pelo padre Bartolomeu de Gusmão, em 1709, a dirigibilidade de aeróstatos – aeronaves mais leves que o ar – parecia um problema insolúvel. Para subsidiar essa análise, buscando contribuir com a história da física no Brasil, o texto explora o desenvolvimento histórico de alguns conceitos físicos que contribuíram para a aerostação, em um contexto de emergência da ciência moderna em detrimento da física aristotélica. A conclusão revela pressupostos das novas ciências naturais, compatíveis com a física de Newton, presentes no pensamento do bispo.

    Abstract in English:

    Abstract This paper aims to provide analysis of a manuscript prepared by bishop Azeredo Coutinho – founder in 1800 of the Olinda Seminary, in Pernambuco – in which he is concerned about the physical principles for steering a balloon. This manuscript, offered to Prince D. Pedro, was later published in 1819. The problem of the dirigibility of balloons was only effectively solved in 1901, with the flight of Santos Dumont in his dirigible balloon No. 6, which earned him the Deutsch Prize. Since the public exhibition of a hot-air balloon at the court of King João V by priest Bartolomeu de Gusmão, in 1709, aerostats (lighter than air aircrafts) steering seemed to be an insoluble problem. To support this analysis in order to contribute to the history of physics in Brazil, the text explores the historical development of some physical concepts which contributed to the aerostation, in the context of the rising of modern science in detriment of Aristotelian Scholasticism. The conclusion reveals assumptions of the new natural sciences present in the bishop's thinking, which are consistent with Newton's physics.
  • On the emergence of Maxwell's equation História Da Física E Ciências Afins

    Lima, Marcelo Costa de

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Em seu Sobre linhas de força físicas Maxwell apresentou a primeira versão de suas equações eletromagnéticas, quando a luz foi então encarada como distúrbio cisalhante em um éter fluido e elástico. No presente artigo procuro discutir os detalhes deste modelo mecânico que serviu de trampolim para Maxwell propor a teoria eletromagnética da luz, suas virtudes e limitações.

    Abstract in English:

    Abstract In his On physical lines of force Maxwell presented the primary version of his electromagnetic equations, when light was seen as a shear disturbance in a elastic fluid ether. In the present paper I discuss the details of the mechanical model wich served as a trampoline for Maxwell's proposition of the electromagnetic theory of light, its virtues and limitations.
  • The HBT effect: Trading zones in twentieth century physics History Of Physics And Related Sciences

    Silva, Indianara

    Abstract in English:

    Abstract In 1956, Robert Hanbury Brown and Richard Twiss (HBT) reached an unexpected experimental result that caused a heated debate in the physics community. Contrary to Einstein's quantum of light, they asserted that they had separately detected two photons at the same time. As one may imagine, other physicists challenged this experimental result, noting that if it were correct, quantum theory would need to be reformulated. Once the controversy began, physicists from different subcultures of physics had to create a trading zone capable of making communication possible. As a result, both theoretical and experimental traditions developed significantly during the HBT debate. This paper illustrates how Galison's trading zone aids our understanding of the communication used to discuss the HBT results.
  • Stellar equilibrium and structure from a simple approach: the Main Sequence Notas E Discussões

    Bandecchi, M.; Bretones, P.S.; Horvath, J.E.

    Abstract in Portuguese:

    Resumo As condições simultâneas de equilíbrio Virial e equilíbrio hidrostático determinam a existência de soluções para os modelos estelares mais simples. Utilizando estes dois conceitos mostramos que é possível caracterizar a estrutura estelar sem recorrer à integração de equações diferenciais, ao menos para obter as propriedades globais. Além disso, discutimos como é que as estrelas geram energia, enfatizando o papel fundamental do decaimento fraco do próton que controla suas vidas e as impede que explodam em frações de segundo, colocando a teoria das interações fracas em um contexto muito mais visível e integrado para o estudante e seus professores. Pela sua abrangência e simplicidade, esta abordagem é particularmente adequada para apresentar estes temas no Ensino Médio.

    Abstract in English:

    Abstract The simultaneous occurrence of Virial and hydrostatic equilibrium determine the existence of solutions for the simplest stellar models. Using these concepts we show how it is possible to characterize the stellar structure without having to integrate the relevant differential equations, at least to obtain global properties. Later we discuss how the stars generate energy. emphasizing the fundamental role of the weak decay of protons controlling the star lifetime, precluding their explosions in a fraction of a second, thus putting weak interactions on an integrated and more apparent context for the students and teachers. Because its generality and simplicity, this approach is particularly useful for the discussion in the Middle/High School.
  • Comment on Article “On Dynamic of Charged Particles in Electric and Magnetic Statics Fields” Notas E Discussões

    Albuquerque, I.G.; Guimarães, F.M.A.; Castro, J.L.; Xavier, K.B.S.; Leite, L.R.; Braga, J.P.M.

    Abstract in Portuguese:

    Resumo Neste trabalho ajustes são realizados em algumas equações do artigo “Sobre a Dinâmica de Partículas Carregadas em Campos Elétrico e Magnético Estáticos”, publicado nesta revista em 2017 [1]. Nossos cálculos mostram que (i) no caso particular 1, a trajetória circular da partícula carregada acontece em um quadrante diferente; (ii) no caso particular 2, a trajetória da partícula deve ser deslocada para o semieixo negativo de y e (iii) no caso particular 3 mostramos a necessidade da troca dos eixos estudados bem como o sinal de uma das equações, o que modifica a trajetória da partícula carregada. Com estes três ajustes mencionados, agora as equações da trajetória passam a obedecer a regra da mão direita.

    Abstract in English:

    Abstract In this work corrections are performed in some equations from the article “On Dynamic of Charged Particles in Electric and Magnetic Statics Fields”, published on this journal in 2017 [1]. Our calculations shows that (i) in the particular case 1, the circular trajectory of the charged particle happens in a different quadrant; (ii) in the particular case 2, particle’s trajectory should be displaced to the y negative semi-axis and (iii) in the particular case 3 we shown that there is a necessity to change the axis studied as well as the sign of one of the equations, modifying the trajectory of the charged particle. With these three mentioned corrections, now the equations of the trajectory starts to obey the right-hand rule.
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