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Revista Brasileira de Ensino de Física, Volume: 46, Published: 2024
  • Solar spectral irradiance in EUV: impact on the Earth’s atmosphere Articles

    Rodríguez-Gómez, Jenny Marcela

    Abstract in Spanish:

    La radiación solar, específicamente la irradiancia en Extremo Ultravioleta (EUV) es importante porque influencia directamente la atmósfera de la Tierra, por ejemplo el sistema de la Ionosfera-Termosfera-Mesosfera (ITM). Las variaciones en la densidad atmosférica dependen de la irradiancia solar, el viento solar y las tormentas geomagnéticas, generando calentamiento en la atmósfera neutra. Así consecuentemente los satélites que vuelan en regiones altas experimentan un incremento en la fuerza de arrastre. Estos efectos disminuyen la vida útil de los satélites e introducen significativos errores en el seguimiento orbital. Por lo tanto medidas confiables de la irradiancia solar en extremo ultravioleta en largas escalas de tiempo observadas o/y desde modelos, son necesarias para entender su efecto en la atmósfera alta, específicamente para mejorar las predicciones de la densidad neutral en la termosfera, evitar pérdidas de los satélites debido al arrastre y evitar colisiones.

    Abstract in English:

    Solar radiation, and specifically solar spectral irradiance in EUV, influence the Earth’s atmosphere. It affects the Ionosphere-Thermosphere-Mesosphere (ITM) system. Variations in atmospheric density depend on solar irradiance, solar wind and geomagnetic storms, generating heat in the neutral atmosphere. Thus, satellites flying at high altitude regions experience drag force increase. These effects reduce the life of satellites and introduce significant errors in orbital tracking. Reliable measurements of solar spectral irradiance (EUV) over long time scales are necessary to understand its effect on the upper atmosphere. Specifically, to improve the neutral density predictions in the thermosphere, avoiding satellite loss due to the drag and avoiding collisions.
  • Use of simulations: a study on Potentialities and challenges presented by research in the area of physics teaching Artigos Gerais

    Jaime, Danay Manzo; Leonel, André Ary

    Abstract in Portuguese:

    O presente trabalho tem como objetivo apresentar um panorama geral das publicações na área de Ensino de Física que envolvem o uso de simulações computacionais. Foram selecionados trabalhos da Revista Brasileira de Ensino de Física (RBEF) e do Caderno Brasileiro de Ensino de Física (CBEF), os quais mostram as potencialidades e desafios que o uso de simulações computacionais apresenta para o Ensino de Física. Como potencialidades os trabalhos destacam que as simulações: ampliam o poder de observação e compreensão do fenômeno que está sendo trabalhado, apresentam o conteúdo de forma mais interessante para os educandos, trazem maior interação em sala de aula, levam a uma melhor visualização de conceitos abstratos e que educando se torna agente ativo em sala de aula. Os possíveis desafios elencados foram: dificuldade do processo de modelagem do fenômeno, falta de pesquisa na área, dificuldade do educador em conseguir mostrar as limitações que o modelo apresenta, necessidade das escolas estar equipadas com computadores e internet e falta de formação para o educador aprender a trabalhar tanto como modelagem, tanto com o próprio software de simulação.

    Abstract in English:

    The present work has as goal to present an overview on the recent literature related to Physics Teaching involving the use of computational simulations. Works from the Revista Brasileira de Ensino de Física (RBEF) and Caderno Brasileiro de Ensino de Física (CBEF) were selected, which show the potentialities and challenges that the use of computational simulations presents for Physics Teaching. As potentialities, the works highlight that simulations: expand the power of observation and understanding of the phenomenon being worked on, present the content in a more interesting way for students, bring greater interaction in the classroom, lead to a better visualization of abstract concepts and that the student becomes an active agent in the classroom. The possible challenges that were cited are: difficulty in the process of modeling the phenomenon, lack of further research in the area, the need for educators to be able to show the limitations that the model presents, the need for schools to be equipped with computers and the internet, which educators need of a preparation to learn to work both with modeling and with the simulation software itself.
  • Charged scalar field propagator under an external magnetic field: a connection between eigenfunction and proper time methods Articles

    Corrêa, Emerson B.S.; Bahia, Carlos A.; Sarges, Michelli S.R.

    Abstract in English:

    We present a comparison between the bosonic Feynman propagator in an external magnetic field calculated by Ritus’ method with summation over Landau levels and its integral expression obtained via Schwinger’s proper time method. Also, we have investigated the behavior boson system in a thermal reservoir under an increase in the external magnetic field strength.
  • Bernoulli’s equation, energy and enthalpy Articles

    Santos, Leonardo Sioufi Fagundes dos

    Abstract in English:

    In this paper, we expose and compare two different physical interpretations of Bernoulli’s equation. One interpretation is that pressure must be a type of potential energy density, and Bernoulli’s equation means the uniformity of the mechanical energy density in each streamline. However, the pressure behaves as potential energy density only for steady flows, a situation that includes Bernoulli’s equation. Another interpretation is that pressure is not a type of potential energy density, the mechanical energy density changes along the streamlines, but the work from pressure balances the energy variation. The last interpretation implies that enthalpy density is uniform in each streamline. We conclude that the two interpretations are valid, it is not possible to exclude a particular interpretation, and both of them do not violate the law of conservation of energy.
  • Revisiting two classic problems of Irodov about pursuit curves Artigos Gerais

    Cunha, Felipe Costa Melo; Sampaio, Rudini

    Abstract in Portuguese:

    O clássico livro de I. E. Irodov intitulado “Problems in General Physics” de 1981, bem conhecido como Irodov entre os estudantes, contém dois problemas de perseguição entre partículas com velocidades constantes em 2 dimensões que inspiraram variantes em recentes Olimpíadas de Física e vestibulares do IME e do ITA. Neste artigo, apresentamos em um único texto as versões mais estudadas desses problemas, incluindo soluções e simulações computacionais usando recursos avançados do Desmos, um sistema gráfico online e gratuito. Além disso, mostramos os cálculos das curvas exatas das trajetórias da perseguição nas variantes e mostramos que coincidem com as simulações computacionais. Finalmente, consideramos novas variantes naturais, como perseguição envolvendo mais pontos em diferentes trajetórias, e obtemos resultados computacionais para elas.

    Abstract in English:

    The 1981 classic book by I. E. Irodov entitled “Problems in General Physics”, well known as Irodov among students, contains two problems of pursuit between particles with constant speeds in 2 dimensions that inspired variants in recent Physics Olympiads. In this paper, we present in a single text the most studied versions of these problems, including their solutions and computational simulations using advanced features of Desmos, a free online graphics system. Furthermore, we show the calculations of the exact pursuit curves and show that they coincide with the computer simulations. Finally, we consider new natural variants, such as pursuit involving more points at different trajectories, and we obtain computational results for them.
  • Determination of skin friction on a rotating sphere in magnetic levitation Articles

    Cena, C.; Guizado, L.F.S.; Ferreira, J.V.B.

    Abstract in English:

    A simple and inexpensive experimental procedure is proposed to investigate the skin friction caused by air in a rotating sphere. A device using a magnetic field keeps the sphere levitating. The sphere is briefly boosted and begins to rotate, but the air resistance acts in opposition to the motion and consequently the period of rotation increases. The experimental data demonstrate that the rotation period of the sphere increases exponentially with time. To account for this behavior, a physical model was developed, which provides an accurate description of the data. A coefficient, similar to the drag coefficient in the Drag Equation, was used to measure the air resistance on the rotating sphere. It is denominated as skin friction coefficient, its value was determined and it is remarkable that such a simple experiment provided a result so close to similar parameter value found in the literature.
  • Regarding the signature of the metric in Special Relativity Artigos Gerais

    Oliveira, P.H.F.; Jardim, I.C.; Landim, R.R.

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho, abordamos os fundamentos da Teoria da Relatividade Restrita, começando com uma revisão das Transformações de Lorentz e sua interpretação geométrica. Em seguida, discutimos por que a métrica no espaço-tempo deve ter uma assinatura não Riemanniana para garantir o primeiro postulado da Teoria da Relatividade. O artigo visa preencher uma lacuna didática no ensino da Física, oferecendo uma compreensão sólida dos conceitos essenciais da Teoria da Relatividade para estudantes de graduação e pós-graduação.

    Abstract in English:

    In this work, we address the fundamentals of Special Relativity, starting with a review of Lorentz Transformations and their geometric interpretation. We then discuss why the metric in spacetime must have a non-Riemannian signature to ensure the first postulate of the Theory of Relativity. The article aims to fill a didactic gap in the teaching of Physics by providing a solid understanding of the essential concepts of Relativity Theory for undergraduate and postgraduate students.
  • Kinetic theory of gases: stochastic thermodynamics avant la lettre Articles

    J. de Oliveira, Mário

    Abstract in English:

    We show that the kinetic theory of gases developed by Clausius, Maxwell, and Boltzmann can be understood as stochastic thermodynamics. This comprehension is based on the recognition that the dynamics used by Maxwell to demonstrate his distribution of velocities and by Boltzmann to derive his fundamental equation is a stochastic dynamics. An essential feature of the transition rates devised by Maxwell and used by Boltzmann is the preservation of energy and momentum. Since the dynamics is stochastic and not deterministic, we may say retrospectively that the objections to the kinetic theory raised by the paradox of irreversibility is resolved or is immaterial. Using these transition rates we obtain the Kolmogorov equation associated with the stochastic dynamics We show that it reduces to the Boltzmann equation if the velocities of distinct molecules can be considered to be statistically independent. We also show how the Boltzmann H-theorem is related to the production of entropy.
  • Determination of a CO2 laser beam profile using a Smartphone camera Articles

    Paula, Gabriel de Toledo; Ribeiro, Nicolas; Cabral, Jader de Souza; Menegatti, Carlos Renato

    Abstract in English:

    Lasers find extensive applications across a spectrum from academic research to industrial use. In various instances, understanding the intensity profile of laser light is of paramount importance, specifically how its intensity changes along its propagation path. In this study, we introduce an economical and alternative technique for determining the waist of a Gaussian laser beam, leveraging the capabilities of a Smartphone camera. Our methodology entails directing a CO2 laser onto a thermochromic liquid crystal sheet for specific exposure duration, resulting in a color pattern that evolves over time. This evolving pattern is captured by a Smartphone camera, and selected frames from the recording are processed and analyzed to quantify the beam’s waist, denoted as w⁢(z). Our measurements are compared with those obtained through the traditional knife-edge method, demonstrating a substantial degree of agreement. Furthermore, by interpolating the waists calculated through our approach, we were able to ascertain the beam waist at the focus and the focal point of a converging lens, yielding results consistent with the reference method. Our findings underscore the viability of this approach as a cost-effective alternative for characterizing Gaussian beams, with potential applications in optics, laser technology, and studies related to light propagation.
  • The quantum nature of light and Snell-Descartes law Artigos Gerais

    Vicente, Isabella D.; da Silva, Saulo L.L.

    Abstract in Portuguese:

    A natureza da luz sempre intrigou a humanidade. Entre os textos dos antigos gregos que sobreviveram até nossos dias, é frequente menções sobre a luz e sua natureza. O primeiro livro conhecido sobre óptica é atribuído a Euclides no século III a.C. O fenômeno da refração, embora conhecido há milênios, resistiu a uma explicação matemática até a idade moderna. W. Snellius (Snell) foi o primeiro a apresentar a equação correta que relacionasse os ângulos de incidência, refração e velocidades da luz em cada meio em uma refração, mas não publicou seus resultados. A publicação foi feita por René Descartes. Esse resultado é conhecido hoje como lei de Snell-Descartes ou lei da refração. Descartes tratou a luz como partícula em sua dedução. Huygens, no século XVII, também deduziu essa lei, mas tratando a luz como onda. Esses resultados diferiam quanto à velocidade da luz em meios mais refringentes. A medida da velocidade só foi possível no século XIX e corroborou o resultado de Huygens indicando a natureza ondulatória da luz. O interessante é que Einstein, em 1905, explica o efeito fotoelétrico tratando a luz como partícula (quantum de energia). Mas se a luz possui também um comportamento corpuscular, não deveria ser possível obter a lei de Snell-Descartes tratando-a dessa forma? Nesse trabalho, mostraremos que é possível obter essa lei partindo da hipótese corpuscular da luz. Além do forte apelo didático, o trabalho faz uma interessante discussão sobre a história do entendimento atual da ciência sobre a natureza da luz.

    Abstract in English:

    The nature of light has always intrigued humanity. Among the texts of ancient Greeks that have survived to our days, there are frequent mentions of light and its nature. The first known book on optics is attributed to Euclid in the 3rd century BCE. The phenomenon of refraction, although known for millennia, resisted a mathematical explanation until the modern age. W. Snellius (Snell) was the first to present the correct equation that related the angles of incidence, refraction, and the speeds of light in each medium during refraction, but he did not publish his results. The publication was made by René Descartes. This result is now known as Snell-Descartes’ law or the law of refraction. Descartes treated light as a particle in his deduction. Huygens, in the 17th century, also deduced this law but treated light as a wave. These results differed in terms of the speed of light in more refractive media. The measurement of speed became possible only in the 18th century and corroborated Huygens’ result, indicating the wave nature of light. Interestingly, in 1905, Einstein explained the photoelectric effect by treating light as a particle (quantum of light). But if light also exhibits corpuscular behavior, shouldn’t it be possible to derive Snell-Descartes’ law by treating it this way? In this work, we will demonstrate that it is possible to derive this law from the corpuscular hypothesis of light. Besides its strong didactic appeal, the work engages in an interesting discussion of the current understanding of science regarding the nature of light.
  • Revisiting and comparing the Carnot Cycle and the Otto Cycle Articles

    Kroetz, Tiago

    Abstract in Portuguese:

    A reversibilidade do Ciclo de Carnot faz dele o ciclo termodinâmico de máxima eficiência na trasformação de calor em trabalho a partir de dois reservatórios térmicos a temperaturas distintas. O ciclo Otto representa uma idealização dos processos que ocorrem no funcionamento dos motores de combustão interna de 4 tempos por ignição elétrica. Serão apresentados aqui alguns aspectos dessses dois importantes ciclos termodinâmicos de maneira comparativa. Com isso, evidencia-se os motivos pelos quais o Ciclo de Carnot não apresenta vantagens em relação ao Ciclo Otto quando considera-se a dependência da eficiência e do trabalho líquido por ciclo com a taxa de compressão dos ciclos.

    Abstract in English:

    The reversibility of the Carnot Cycle makes it the most efficient thermodynamic cycle to convert energy as heat into work operating between two thermal reservoirs at different temperatures. The Otto cycle represents an idealization of the processes in the spark-ignition 4-stroke internal combustion engine operation. Some aspects of these two crucial thermodynamic cycles will be presented here in a comparative manner. This highlights why the Carnot Cycle does not offer advantages over the Otto Cycle in the operation of real thermal engines when we consider the efficiency and work done per cycle dependent on the compression ratio of the cycles.
  • Drag coefficient of vertically moving popcorns Articles

    Carmo, Eduardo do; Hönnicke, Marcelo Goncalves

    Abstract in English:

    To take the students attention in physics lectures is always a challenge. The projectile motion is not an exception. Then, study of popcorn motion can be a way to introduce and motivate the students in this subject. In this work, the popcorn flight, caused by the popping process was recorded by a cellular phone and analyzed frame by frame. Then, the drag coefficient (CD) of vertically moving popcorns is determined and its dependency with the vertical velocity (vy) and with the Reynolds number (Re) is explored. Our results show that CD increases exponentially when vy decreases. Also, CD shows higher uncertainties when the popcorn is close to its maximum vertical trajectory. The dependency of CD with Re shows that the popcorn flights are governed, mainly, by a laminar flow motion (Re < 2000).
  • Curving the Trajectory of Light in Refraction Index Gradients Articles

    Polachini, O.; Marques, F.

    Abstract in English:

    This work seeks to present an investigation about the trajectories followed by rays of light passing through refractive index gradients that was entirely carried by high school students. Such trajectories are curved, therefore contradicting the common sense that light should always travel along straight lines. This fact causes the formation of distorted and striated images, similarly to a type of mirage known as Fata Morgana. Using a rectangular aquarium containing solutions with different gradients of sugar or water with a temperature gradient, we analyzed the conditions for image inversion to occur. Also, we were able to reconstruct a distorted image through our theoretical predictions.
  • Simulating normal modes and beats in a periodic inductor-capacitor circuit Articles

    Almeida, D.E.

    Abstract in English:

    This paper approaches a periodic inductor-capacitor circuit with N-coupled loops. Kirchhoff’s voltage and current laws are used in order to obtain N-coupled second-order differential equations. These equations are decoupled by using a standard discrete sine transformation. Then the voltages and currents along the circuit are written as linear combinations of harmonic waves whose normal frequencies were determined. There are N of these frequencies that depend not only on the values of the capacitance and inductance but also, on how these elements are connected. Furthermore, one presents how each normal frequency can be synchronized using external batteries that initially charge the capacitors. Additionally, not only the analytical results are presented, but also, all circuits were simulated, using the free online platform Multisim, to corroborate the analytical calculations. Further, the simulations present a way of exploring the complex subject of coupled oscillations without dealing with all the analytical calculations. Moreover, one explores interferences that produce beats in the oscillating voltages in the circuit. Finally, a general interpretation of how the currents flow in the circuit is presented when a single normal mode is excited.
  • Did you really miss a Delta function here? Articles

    Amaku, M.; Coutinho, F.A.B.; Santos, P.C.C. dos; Massad, E.

    Abstract in Portuguese:

    Este é o terceiro artigo de uma série dedicada a examinar o uso da função delta na literatura física. Aqui discutimos o aparecimento de uma função delta na segunda derivada da função de onda se a sua derivada for descontínua. Quando isto acontece, é frequentemente afirmado na literatura que a função de onda proposta deve ser uma função própria de um operador que contém uma função delta e, em alguns casos, é rejeitada. Neste artigo estudamos o que consideramos serem formas alternativas de lidar com esta situação.

    Abstract in English:

    This is the third article in a series dedicated to examining the use of the delta function in the physics literature. Here we discuss the appearance of a delta function in the second derivative of the wave function if its derivative is discontinuous. When this happens it is often claimed in the literature that the proposed wave function must be eigenfunction of an operator that contains a delta function and, in some cases, it is rejected. We study in this paper what we believe are alternatives ways to deal with this situation.
  • Discussing the Newtonian conception of uniform circular motion using ICTs Artigos Gerais

    Reis, K.G.C.; Lima, D.S.; Pereira, L.O.; Rego, V.V.A.; Medeiros, E.A.; Gonçalves, E.A.S.; Dutra, R.S.

    Abstract in Portuguese:

    O movimento circular uniforme é um fenômeno intrigante ao senso comum de quem o estuda pela primeira vez, em decorrência da resultante de forças mantenedora do movimento estar direcionada perpendicularmente à direção do movimento em cada instante da trajetória. Neste trabalho, com a ajuda das Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs), destacamos como esse fato pode ser mitigado à luz da ideia proposta por Isaac Newton de discretizar o movimento circular de uma partícula em um movimento poligonal intermediado por infinitas colisões. Além da visualização das trajetórias, por meio das simulações, para ilustrar a transição entre o movimento poligonal discreto e o circular contínuo, mostramos que o comportamento da velocidade angular da partícula ao longo do polígono traz uma assinatura da referida transição.

    Abstract in English:

    Uniform circular motion is a puzzling phenomenon to the common sense of those who study it for the first time, as a result of the resultant forces maintaining the movement being directed perpendicular to the direction of motion at each instant of the trajectory. In this work, with the help of Information and Communication Technologies (ICTs), we highlight how this fact can be mitigated in light of Isaac Newton’s idea of discretizing a particle’s circular motion into a polygonal motion intermediated by infinite collisions. Besides the visualization of the trajectories, through the simulations, to illustrate the transition between the discrete polygonal movement and the continuous circular one, we show that the behavior of the angular velocity of the particle along the polygon brings a signature of the referred transition.
  • Enhancing learning of the Grad-Shafranov equation through scientific literature: Part 3 of a physics education series Articles

    Ojeda-González, A.; Cristaldo-Oliveira, M.; Santos, L. Nunes dos; Sousa, A.N. Laurindo; Pilling, S.; Klausner, V.; Luz, V. De La; Prestes, A.

    Abstract in English:

    The Grad-Shafranov (GS) equation is a fundamental tool extensively used in plasma physics, particularly in the context of magnetic confinement, notably in tokamaks for fusion energy research. This equation plays a crucial role in reconstructing magnetic field topology in plasma regions like the magnetopause and magnetotail, leading to the development of the GS reconstruction technique. In this third installment of our series, we explore the merger of the Yoon-Lui-2 and Yoon-Lui-3 generating functions, allowing for a deeper understanding of the core equation in Plasma Physics. Furthermore, this article provides a comprehensive summary of solutions previously presented in Parts 1 and 2. We investigate the behavior of magnetic islands positioned above either the X-axis or the Z-axis for specific parameter values and their impact on plasma confinement. The article concludes that the derived model offers a simpler, more stable, and easily analyzable solution for magnetic morphology. However, it is worth noting that the model’s inflexibility in singularity positions may limit its adaptability to different scenarios. This article marks the conclusion of our physics education series dedicated to studying new specific solutions of the GS equation.
  • Deterministic chaos: A pedagogical review of the double pendulum case Articles

    Oliveira, Samuel Rocha de

    Abstract in English:

    This review aims to provide a comprehensive evaluation of the dynamics of the double pendulum, with a particular emphasis on its chaotic behavior. It examines the complicated and unpredictable behavior of the double pendulum. It highlights the pedagogical value of the double pendulum as it bridges concepts across physics, mathematics, and computer science, providing a tangible demonstration of chaotic dynamics. Numerical methods, such as the 4th-order Runge-Kutta method, estimate solutions to the autonomous Hamiltonian equations that govern a system. We simulate the motion of a double pendulum, enabling the visualization of intricate trajectories and the analysis of emerging patterns with the Python and Fortran programming languages. We discuss the importance of Poincaré’s maps and the Lyapunov exponents in characterizing and quantifying the rate at which trajectories diverge in phase space to elucidate the chaotic nature of the system. The educational significance of the double pendulum is emphasized in teaching key concepts in Classical Mechanics, Differential Calculus, Linear Algebra, and Numerical Methods for solving ordinary differential equations (ODEs). We also explore the interdisciplinary teaching opportunities presented by the double pendulum.
  • Forty years of the discovery of the Z0 boson: the mediator of neutral current interactions Artigos Gerais

    Deros, Marcos Antônio de Oliveira; Silveira, Gustavo Gil da

    Abstract in Portuguese:

    A descoberta dos bósons vetoriais massivos Z0 e W foi um marco na construção do Modelo Padrão das Partículas Elementares e permitiu a compreensão de uma gama de mecanismos de produção medidos em laboratório. Este artigo apresenta os aspectos gerais sobre teoria e instrumentação que levaram à descoberta do bóson vetorial massivo Z0 em 1983, uma das partículas mediadoras da Força Fraca e responsável pelas interações de correntes neutras. Uma breve contextualização histórica da construção da Teoria das Interações Fracas é feita, desde a descoberta da radioatividade até a proposta de sua unificação com a Eletrodinâmica Quântica, bem como a descrição dos principais experimentos envolvidos e discussão dos resultado obtidos. Por fim, os resultados obtidos nos experimentos UA1 e UA2 do Spp¯S são apresentados, os quais levaram ao Prêmio Nobel de 1984.

    Abstract in English:

    The discovery of the massive vectorial bosons Z0 and W was a milestone in the development of the Standard Model of Elementary Particles and provided a comprehension of a wide range of experimentally measured production mechanisms. This article presents an overview of the theory and instrumentation which led to the discovery of the massive vector boson Z0 in 1983, one of the mediators of the weak force and responsible for neutral current interactions. A brief historical context of the the development of the Theory of Weak Interactions is done, from the discovery of radioactivity to its unification with the Quantum Electrodynamics, as well as a description of the key experiments involved and a discussion of the obtained results. Finally, the results obtained by the UA1 and UA2 experiments at Spp¯S are presented, which resulted in the 1984 Nobel Prize.
  • Motion under a time-dependent driving force plus a linear velocity-dependent friction: From the unilateral Fourier transform to the Green function Articles

    Correa, Thomas A.; Castro, Antonio S. de

    Abstract in English:

    The problem of a particle subject to a time-dependent driving force plus a linear velocity-dependent friction can be addressed by utilizing the unilateral Fourier transform, despite the presence of derivatives of odd and even order in the differential equation. This technique yields a system of algebraic equations that combine the Fourier sine and cosine transforms. While this method is useless for solving the homogeneous equation, it can be effectively used to obtain an integral representation of the particular solution. Remarkably, this integral representation of the particular solution is expressed in terms of the Green function. This type of exactly solvable problem is relevant for students who are studying mathematical methods applied in the fields of physics and engineering at the undergraduate level, as it can serve as a useful illustration of how unilateral Fourier transforms can be employed to solve problems and to develop an understanding of Green functions, even in introductory calculus courses.
  • On reference frames and coordinate transformations Articles

    Carneiro, F.L.; Ulhoa, S.C.; Lobo, M.P.

    Abstract in English:

    This article explores the differences between frame and coordinate transformations in relativistic theories. We highlight the key role of tetrad fields in connecting spacetime and frame indices. Using Maxwell’s electrodynamics as an example, we show that Maxwell’s equations are invariant under coordinate transformations but exhibit covariant behavior under frame transformations. We also analyze the energy-momentum of an electromagnetic field in different frames, providing deeper insights into the implications of different frames of reference and coordinate systems.
  • The Rachford-Rice equation: application to ternary diagram Articles

    Costa, Éderson D’Martin; Braga, João Pedro

    Abstract in Portuguese:

    O equilíbrio líquido-líquido no sistema água-etanol-acetato de etila foi calculado e os resultados foram apresentados em diagramas retangulares e triangulares. Inicialmente, o contexto termodinâmico e as condições de equilíbrio são apresentados, envolvendo a igualdade das atividades e o balanço de massas. A equação de Rachford-Rice é deduzida das oito condições de equilíbrio termodinâmico. Definindo uma nova variável, razão de atividades, esse problema de oito variáveis independentes é transformado em um problema de uma variável independente. Serão apresentadas aplicações, adotando-se o modelo de atividade Non-Random-Two-Liquid, para um equilíbrio ternário, considerando o sistema água-etanol-acetato de etila. Os resultados são apresentados em diagramas retangulares e triangulares. É feita comparação com experimental, mostrando a qualidade e simplicidade da equação de Rachford-Rice. Um algoritmo é apresentado para se calcular as composições de equilíbrio, tornando o material aqui apresentado mais acessível aos alunos de graduação.

    Abstract in English:

    Ternary phase diagrams in liquid-liquid equilibrium, for the water-ethanol-ethyl acetate system, were calculated and the results presented in rectangular and triangular diagrams. Initially, the thermodynamical background and the conditions of equilibrium are presented, involving the equality of activities and the mass balance condition. From this system of equations, the Rachford-Rice equation is deduced, transforming the problem of eight equations into a problem of one equation with one unknown. The Non-Random-Two-Liquid model was adopted to calculate activity coefficients, but other models can be easily adapted. An algorithm is presented to calculate the equilibrium compositions of this ternary system, together with numerical results. The theoretical-experimental comparison is in fair agreement, showing the robustness and simplicity of the Rachford-Rice equations. The material presented here is accessible to undergraduate students.
  • Influence of the room on sound perception: experiments in an anechoic chamber and reverberant chamber Artigos Gerais

    Grillo, Maria Lúcia Netto; Baptista, Luiz Roberto Perez Lisbôa

    Abstract in Portuguese:

    A percepção do som não depende apenas da fonte sonora, há muitas interações das ondas acústicas com o ambiente, de forma que, no caso de instrumentos musicais, a sala funciona como um prolongamento do instrumento. Fatores como geometria, materiais, posição, são determinantes para a percepção do som. A inteligibilidade e o nível de pressão sonora podem variar drasticamente conforme a acústica da sala. Há parâmetros adequados para cada tipo de atividade em uma sala. Uma sala pode ser adequada para determinado tipo de música e para outro tipo não. O tempo de reverberação é um dos parâmetros acústicos a serem observados e, se possível, adaptados para a atividade a ser realizada. Os extremos desse parâmetro, muito alto e muito baixo, estão presentes em uma câmara reverberante e uma câmara anecoica, respectivamente. Fizemos alguns experimentos nesses dois tipos de sala e obtivemos valores muito diferentes do nível de pressão sonora para cada sala, comprovando como a percepção do som varia e evidencia a necessidade de adaptar a sala conforme o tipo de fonte sonora. Se não for possível adaptar a sala, pode-se então variar o tipo de música e a forma de execução, a fim de produzir uma boa percepção sonora.

    Abstract in English:

    The perception of sound does not depend only on its source, there are many interactions between acoustic waves and the environment, so that, in the case of musical instruments, the room functions as an extension of the instrument. Factors such as geometry, materials, position, are decisive for the perception of sound. Intelligibility and sound pressure level can vary drastically depending on the acoustics of the room. There are appropriate parameters for each type of activity in a room. The reverberation time is one of the acoustic parameters to be observed and, if possible, adapted to the activity to be carried out. The extremes of this parameter, very high and very low, are present in a reverberant chamber and an anechoic chamber, respectively. We carried out some experiments in these two types of rooms and obtained very different values of the sound pressure level for each room, proving how the perception of sound varies and highlighting the need to adapt the room depending on the type of sound source. If it is not possible to adapt the room, you can vary the type of music and the way it is played, in order to produce a good sound perception.
  • The Fleming problem about tides and the Galilei conjectures Artigos Gerais

    Santana, Ademir E.; Simon, Samuel J.

    Abstract in Portuguese:

    O antigo problema das marés, fenômeno observado desde os primórdios da humanidade, ainda nos lega análises importantes. Nesse trabalho, a partir do estudo desse fenômeno, mas levando em conta a gravitação, determinamos características da Lua, tais como como a massa, volume e aspectos da composição química. Essa determinação é feita usando um tipo de método inverso, proposto por Henrique Fleming. Essa abordagem nos permite reexaminar a análise qualitativa de Galilei sobre o problema, partindo exclusivamente dos movimentos da Terra. Apontamos para a importância da formulação galileana, criticada em certos estudos.

    Abstract in English:

    The ancient problem of tides, phenomena observed since the humanity early days, still today provides important analysis. In this work, starting with the study of tides, but considering the law gravity, we determine Moon’s characteristics, such as mass, volume, and some aspects of its chemical composition. This approach is carried out by using an inverse-like method, proposed by Henrique Fleming. The formulation provides a way to revisit the Galilei qualitative studies about tides, starting exclusively from the Earth motion. We point out the importance of galilean formulation, what is under criticism in some studies.
  • Gravimetric analysis using smartphones and improvements in the equations of the simple pendulum experiment as a subterfuge for teaching Classical Physics Pesquisa Em Ensino De Física

    Rossini, Marcos Roberto; Alves, Marcio José; Camargo Filho, Paulo Sérgio de; Piccinato, Marilene Turini; Amorin, Luís Henrique Cardozo

    Abstract in Portuguese:

    A Gravimetria contemporânea vale-se de gravímetros para encontrar o módulo da aceleração gravitacional (g) de forma pontual na superfície terrestre. Esse trabalho considerou a pertinência da determinação de g no laboratório didático por intermédio do pêndulo, fazendo atenciosa análise dos fenômenos que afetam o dispositivo em oscilação, trazendo contribuições para o ensino da Física Clássica. A primeira, embora modesta, é eficaz, e propõe medir o período de oscilação empregando dois smartphones. A segunda, uma análise teórica acerca do efeito da amplitude angular correlacionada ao arrasto, sobre o período de oscilação do pêndulo. A terceira, refere-se à validação de duas equações que fornecem o valor de g em função da latitude e da altitude, com os dados gravimétricos disponíveis no site do IBGE. No campus Londrina da UTFPR, realizaram-se ensaios independentes, permitindo que se obtivesse o valor gU⁢T⁢F⁢P⁢R−L⁢d=(9,7873±0,0012)⁢m⋅s−2. Para a validação da metodologia e verificação da acuracidade, as duas equações que fornecem g em função da altitude e da latitude foram confrontadas com dados gravimétricos para definir qual seria mais adequada para gerar o valor de referência. Assim feito, verificou-se que o valor obtido experimentalmente divergia em 0,001⁢m⋅s−2 (0,01%).

    Abstract in English:

    Contemporary gravimetry uses gravimeters to find the magnitude of gravitational acceleration (g) in a punctual manner on the Earth’s surface. This work considered the relevance of determining g in the didactic laboratory using the pendulum, making a careful analysis of the phenomena that affect the oscillating device, bringing contributions to the teaching of Classical Physics. The first, although modest, is effective, and proposes measuring the oscillation period using two smartphones. The second, a theoretical analysis of the effect of angular amplitude correlated to drag, on the period of pendulum oscillation. The third refers to the validation of two equations that provide the value of g like a function of latitude and altitude, with gravimetric data available on the IBGE website. At the Londrina campus of UTFPR, independent tests were carried out, allowing the value gU⁢T⁢F⁢P⁢R−L⁢d=(9.7873±0.0012)⁢m⋅s−2 to be obtained. To validate the methodology and verify its accuracy, the two equations that provide g as a function of altitude and latitude were compared with gravimetric data to define which would be most suitable for generating the reference value. This done, it was found that the experimentally obtained value differed by 0.001⁢m⋅s−2 (0.01%).
  • The genesis of probabilistic interpretation in quantum mechanics textbooks Pesquisa Em Ensino De Física

    Souza, Daniel S.; Lima, Nathan W.; Karam, Ricardo A. S.

    Abstract in Portuguese:

    Neste artigo propomos uma análise de vinte livros didáticos utilizados no ensino de Física em cursos de licenciatura e bacharelado, com o objetivo de investigar como eles abordam e justificam a interpretação probabilística do quadrado do módulo da função de onda na Mecânica Quântica. Do ponto de vista do ensino de física, destaca-se a importância de ensinar não apenas os conceitos científicos, mas também as justificativas subjacentes a esses conceitos. Nesse sentido, a discussão da análise das obras busca amparo nas fontes primárias e secundárias que tratam sobre a temática. As principais questões a serem respondidas são quais argumentos e evidências são apresentados para legitimar a interpretação probabilística associada a função de onda e quais limitações são identificadas em cada abordagem didática adotada.

    Abstract in English:

    In this article, we propose an analysis of twenty textbooks used in Physics education for undergraduate and graduate programs. The main objective is to investigate how these textbooks approach and justify the probabilistic interpretation of the square of the modulus of the wave function in Quantum Mechanics. From the perspective of physics education, the importance of teaching not only scientific concepts but also the underlying justification for these concepts is highlighted. Therefore, the discussion of the analysis of these works is based on primary and secondary sources related to the topic. The main questions to be addressed are what arguments and evidence are presented to legitimize the probabilistic interpretation associated with the wave function and what limitations are identified in each adopted didactic approach.
  • Classical anharmonic oscillator with U(1) symmetry: why must there be dynamics in a gauge theory? Pesquisa Em Ensino De Física

    Perovano, M.M.F.; Spalenza, W.; Belich, H.; Helayël-Neto, J.A.

    Abstract in Portuguese:

    A simetria de “gauge” e, em consequência, as teorias de calibre, que de forma natural se estabeleceram no contexto da teoria eletromagnética, constituem uma abordagem muito apropriada e bem-sucedida para descrever as interações eletrofracas e fortes, e consolidaram as teorias quânticas de campo como uma formulação universal para tratar as diferentes interações fundamentais. O sucesso desta proposta é devido ao fato de que, incluindo um campo de calibre como mediador de uma dada interação, emerge um formalismo padrão para descrever os campos de força conhecidos. Nesta contribuição, adotamos o exemplo dos osciladores bidimensionais harmônicos/anarmônicos clássicos para apresentar, de forma introdutória, o procedimento geral de construção de uma teoria de calibre. Para relacionar esta discussão com um cenário de uma teoria de campos, partimos da eletrodinâmica escalar e utilizamos a técnica de redução dimensional para se chegar à lagrangiana de um sistema mecânico. E, com este exemplo, tentamos motivar e mostrar por que é necessário que os campos de calibre devem corresponder a graus de liberdade dinâmicos.

    Abstract in English:

    Gauge symmetry and, consequently, gauge theories, which emerge naturally in the context of the electromagnetic theory, in their non-Abelian version encompass electroweak and strong interactions; this has consolidated quantum field theories as a way of systematically describing the processes of fundamental particles. The success of this proposal is due to the fact that, by including a gauge field as the mediator of an interaction, a universal formulation may be adopted to describe the diverse fundamental interactions. In this contribution, we pick out the example of classical harmonic/anharmonic two-dimensional oscillators to endeavour a presentation of gauge theories in an introductory way, compatible with the level of knowledge of an undergraduate course. To relate this discussion to a field-theory scenario, we start off from the scalar electrodynamics and make use of a dimensional reduction technique to get a Lagrangian of a classical mechanical system. In this scenario, we motivate and justify why, besides ensuring local invariance, gauge fields must correspond to propagating degrees of freedom.
  • Electric Motor – SimuFísica®: an application for teaching electromagnetism Produtos E Materiais Didáticos

    Souza, Marco P. M. de; Oliveira, Sidnei P.; Luiz, Valdenice L.

    Abstract in Portuguese:

    Apresentamos neste trabalho o simulador Motor elétrico, um aplicativo da plataforma SimuFísica® voltado para uso em sala de aula. Descrevemos brevemente as tecnologias por trás do aplicativo, as equações que regem o seu funcionamento, alguns estudos mostrando a dinâmica do motor elétrico e, por fim, o uso do aplicativo nos ensinos Médio e Superior.

    Abstract in English:

    In this work, we introduce the Electric Motor simulator, an application from the SimuFísica® platform designed for classroom use. We briefly describe the technologies behind the application, the equations governing its operation, some studies showing the dynamics of the electric motor, and finally, the use of the application in Secondary and Higher Education.
  • Study of Chladni’s stationary patterns Produtos E Materiais Didáticos

    Neres, Thomaz Santos; Souza, Edvaldo Alves de; Santa-Helena, Emerson Luís

    Abstract in Portuguese:

    A física ondulatória descreve sistemas físicos nos quais uma força restauradora comanda o movimento oscilatório do sistema em torno de um ponto de equilíbrio. Essas oscilações se manifestam em diferentes tipos de ondas e se propagam com velocidades associadas às distintas características do meio de propagação. Uma manifestação que impressiona pela simetria, pela própria elegância, são os padrões de Chladni, que inclusive são utilizados como indicador de qualidade na fabricação de instrumentos musicais. Neste trabalho são apresentados um aparato experimental simples e uma interface gráfica matemática interativa, desenvolvida na plataforma GeoGebra a partir das soluções da equação de onda em placas quadradas para explorar o estudo de ondas estacionárias bidimensionais das placas de Chladni. Várias Figuras de Chladni foram criadas experimentalmente a partir de grãos depositados sobre diferentes placas metálicas sujeitas à vibração. Foram utilizadas placas quadradas de diferentes tamanhos com extremidades livres com o objetivo de observar a relação de proporção entre a frequência de ressonância dos padrões de onda estacionária com o inverso do quadrado do lado. Foi constatado que a associação entre os resultados experimentais obtidos pela modelagem computacional na formação das Figuras de Chladni permite uma melhor compreensão dos princípios que controlam a formação desses padrões.

    Abstract in English:

    Wave physics describes physical systems in which a restoring force governs the oscillatory motion of the system around an equilibrium point. These oscillations manifest themselves in different types of waves and propagate at speeds associated with the different characteristics of the propagation medium. One of the phenomena that impresses by their symmetry and elegance are the Chladni patterns, which are even used as an indicator of quality in the manufacture of musical instruments. In this paper, a simple experimental apparatus and an interactive mathematical graphical interface, which was createad at the GeoGebra platform by equations solutions from the wave equation in square plates, were developed to study two dimensional Waves of the Chladni plates. Several Chladni figures were experimentally created from grains deposited on different metal plates under vibration. Square plates of different sizes with free edges were used to observe the ratio relationship between the resonance frequency of the stationary wave patterns and the inverse of the square of the side. It was found that the association between the experimental results and those obtained by computer modeling in the formation of Chladni figures allows for a better understanding of the principles that control the formation of these patterns.
  • Development of a meteorological station using reused materials and low-cost sensors Produtos E Materiais Didáticos

    Silva, Wenderson R.F.; Mendes, Karoline G.; Ferreira, Ricardo dos Santos

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho, foi desenvolvida uma estação meteorológica automática e de baixo custo utilizando materiais reaproveitados e sensores de baixo custo, conectada ao site de visualização e gerenciamento de dados Ubidots. A estação conta com sensores de temperatura (AHT10), umidade (AHT10), pressão (BMP180), radiação solar (LDR), um pluviômetro e um anemômetro digital, ambos feitos com materiais reaproveitados e de fácil acesso, tendo sido o anemômetro desenvolvido com uma ventoinha (sensor hall) e o pluviômetro baseado num sensor magnético reed switch. Todo o sistema é conectado à placa de prototipagem eletrônica ESP8266, a qual já possui um módulo que permite a conexão com a internet. Todo o dispositivo foi custeado com cerca de 50 reais. Os sensores de temperatura, umidade e o anemômetro foram calibrados utilizando sensores padrão para garantir uma medição precisa. Os valores de umidade e temperatura foram então comparados aos dados obtidos por uma estação profissional próxima. O pluviômetro também passou por uma calibração para medir a quantidade de chuva em milímetros. Além disso, foram implementadas previsões baseadas em modelos para estimar o ponto de orvalho, pressão de vapor d’água, água precipitável e sensação térmica, fornecendo informações adicionais sobre as condições do tempo local.

    Abstract in English:

    In this work, a low-cost automatic weather station was developed using reused materials and low-cost sensors, connected to the Ubidots data visualization and management website. The station has sensors for temperature (AHT10), humidity (AHT10), pressure (BMP180), solar radiation (LDR), a rain gauge and a digital anemometer, both made with reused and easily accessible materials, the anemometer being developed with a fan (hall sensor) and the rain gauge based on a reed switch magnetic sensor. The entire system is connected to the ESP8266 electronic prototyping board, which already has a module that allows connection to the internet. The entire device cost around 50 R$. The temperature and humidity sensors and anemometer were calibrated using standard sensors to ensure accurate measurement. Humidity and temperature values were then compared to data obtained from a nearby standard weather station. The rain gauge also underwent calibration to measure the amount of rain in millimeters. Additionally, model-based forecasts were implemented to estimate dew point, water vapor pressure, precipitable water, and wind chill, providing additional information about local weather conditions.
  • Refining the measurement of the attenuation coefficient of lead in modern physics laboratory activities Produtos E Materiais Didáticos

    Pereira, Luiz A.A.; Cássaro, Fábio A.M.; Pires, Luiz F.

    Abstract in Portuguese:

    Conteúdos relacionados à área de Física Moderna envolvem o conhecimento da produção e interação da radiação com a matéria. A manifestação macroscópica dessa interação se evidencia pela atenuação da radiação incidente no material. Neste estudo, apresenta-se o uso de um aparato experimental destinado a práticas de ensino visando a determinação do coeficiente de atenuação do chumbo para fótons de raios gama provenientes de uma fonte de 137Cs (fótons com energia de aproximadamente 662 keV). Tradicionalmente, essa determinação é realizada utilizando-se como material absorvedor placas de chumbo de espessuras conhecidas. Entretanto, em geral, esse enfoque leva a resultados discrepantes em relação ao valor do coeficiente de atenuação teórico para o chumbo, com desvios em torno de 15%. No método aqui apresentado, sugere-se a substituição das placas por esferas ou pó de chumbo. Os resultados obtidos mostram que o método proposto reduziu sensivelmente os desvios do coeficiente de atenuação medido em relação aos valores teóricos (simulados). Na melhor condição experimental os erros ficaram entre 2 e 4%. Entre as grandes vantagens do método abordado estão à possibilidade de variações contínuas na espessura e na geometria do material absorvedor e análise da influência de sistemas porosos na medida da atenuação da radiação.

    Abstract in English:

    Contents related to the modern physics field involve the knowledge of the production and interaction of radiation with matter. The attenuation of the radiation evidences the macroscopic manifestation of this interaction. This study presents an apparatus intended for teaching practices to determine the lead mass attenuation coefficient for gamma-ray photons from a source of 137Cs (photons with energy of approximately 662 keV). Traditionally, this determination is performed using lead plates of known thicknesses. However, this focus generally produces discrepant results related to the mass attenuation coefficient adopted values, with deviations around 15%. In the approach presented here, which is innovative, the plates were replaced by small spheres or powders of the analyzed material (lead). The results show that this substitution significantly reduced the deviations from the theoretical values. In the best experimental condition, the errors were between 2% and 4% for the spheres and the powder, respectively. Among the advantages of the proposed method are the possibility of continuous variations in the thickness and the geometry of the attenuating material, and the analysis of the influence of porous systems on the measurement of radiation attenuation.
  • Inertial and non-inertial frames of reference: A kinematic approach through video analysis Produtos E Materiais Didáticos

    Costa, Maria Lúcia de Moraes; Campomanes, Ricardo Robinson; Heidemann, Leonardo Albuquerque

    Abstract in Portuguese:

    Nas abordagens introdutórias de Mecânica, seja no ensino superior ou na educação básica, as discussões em torno das diferenças entre os conceitos de referencial inercial e não inercial costumam ser restritas à Dinâmica, especialmente com a definição das leis de Newton, sem análises experimentais. No entanto, a noção de referencial é fundamental para a caracterização dos movimentos, mesmo que do ponto de vista estrito da Cinemática. Neste contexto, objetivamos fundamentar os conceitos de referencial inercial e não inercial a partir da exploração de uma atividade experimental com fins didáticos desenvolvida por meio de videoanálise. Especificamente, investigamos o lançamento de uma pequena bola em três situações de movimento relativo entre dois referenciais: movimento retilíneo uniforme; movimento retilíneo uniformemente variado, com aceleração e velocidade de mesmo sentido; e movimento retilíneo uniformemente variado, com aceleração e velocidade em sentidos opostos. Obtemos uma descrição cinemática embasada no Princípio de Relatividade de Galileu e nas relações de transformação entre referenciais inerciais e não inerciais, além dos ajustes das curvas de movimento obtidas pela videoanálise. Sugerimos que outros aspectos, como: invariância de escala, simultaneidade no tempo, e questões históricas relacionadas aos conceitos de referencial, movimento absoluto e relativo, possam ser encaminhadas nas discussões dos experimentos propostos.

    Abstract in English:

    In introductory approaches to Mechanics, whether in higher education or basic education, discussions regarding the distinctions between the concepts of inertial and non-inertial frames of reference tend to be confined to Dynamics, especially with the establishment of Newton’s laws, devoid of experimental analyses. Nevertheless, the notion of a frame of reference holds paramount significance for the characterization of motion, even within the strict purview of Kinematics. In this context, we aspire to underpin the concepts of inertial and non-inertial frames of reference through the exploration of an educational experimental activity conducted via video analysis. Specifically, we inquire into the motion of a small sphere in three situations of relative motion between two frames of reference: uniform rectilinear motion; uniformly accelerated rectilinear motion, with ace-location and velocity in the same direction; and uniformly accelerated rectilinear motion, with acceleration and velocity in opposite directions. We derive a kinematic description grounded in Galilean Relativity’s Principle and the transformation relationships between inertial and non-inertial frames of reference, in addition to the adjustments of the motion curves acquired through video analysis. We proffer the notion that other facets such as scale invariance, temporal simultaneity, and inquiries related to the historical development of the concepts of reference frame and absolute and relative motion can also be addressed in the discussions surrounding the proposed experiments.
  • The Brazilian Center for Physical Research during the civil-military dictatorship: resistance and accommodation História Da Física E Ciências Afins

    Tolmasquim, Alfredo Tiomno

    Abstract in Portuguese:

    O Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), à semelhança de outras instituições de ensino e pesquisa, também foi alvo de perseguições e expurgos durante a ditadura civil-militar, mas com certas especificidades por ser uma organização da sociedade civil. Identificado inicialmente como parceiro por segmentos militares e empresariais no sentido de propiciar ao país o domínio da tecnologia nuclear, aos poucos começou a ser visto pelos órgãos de informação e repressão como um espaço de opositores ao regime, devido às posições de muitos de seus pesquisadores em defesa da criação de um ambiente próprio para a pesquisa científica e o desenvolvimento tecnológico autônomo. Expurgos levados a cabo pela Direção da instituição afastaram suas principais lideranças e pesquisadores que viriam a assumir papel de destaque na física brasileira. Apesar de alguns apoios às ações repressivas, a maioria do quadro técnico-científico teve um importante papel de resistência, traduzida por variadas formas.

    Abstract in English:

    The Brazilian Center for Physical Research (CBPF), like other teaching and research institutions, was also the target of persecution and purges during the civil-military dictatorship, but with certain specificities as it was a civil society organization. Initially identified as a partner by military and business segments in order to provide the country with control of nuclear technology, it gradually began to be seen by the information and repression system as an opponent to the regime, due to the positions of many of its researchers in defense of the creation of an environment suitable for scientific research and autonomous technological development. Purges carried out by the institution’s Director removed its main leaders and researchers who would come to assume a prominent role in Brazilian physics. Despite some support for repressive actions, the majority of the technical-scientific staff played an important role in resistance, translated in different strategies.
  • Classical attempts at interpreting the photoelectric effect – Part 1: the hypotheses of Philipp Lenard, Arthur Haas and J.J. Thomson História Da Física E Ciências Afins

    Suttini, Ronivan Sousa da Silva; Caluzi, João José; Errobidart, Nádia Cristina Guimarães

    Abstract in Portuguese:

    Estudos recentes têm renovado o esforço de chamar a atenção para a narrativa pseudo-histórica que descreve os resultados experimentais de Philipp Lenard sobre o efeito fotoelétrico como inexplicáveis e inconsistentes diante das predições da teoria ondulatória-eletromagnética clássica. No entanto, ao analisar o período de transição entre a rejeição e a aceitação da “hipótese de quantum de luz” de Albert Einstein, identificam-se pelo menos seis tentativas clássicas de interpretação do efeito fotoelétrico, as quais raramente são discutidas em livros didáticos ou textos acadêmicos. Neste primeiro artigo de uma série de três, são apresentadas quatro hipóteses clássicas de como o efeito fotoelétrico é produzido, formuladas, respectivamente, por Philipp Lenard (uma), Arthur E. Haas (uma) e por Joseph J. Thomson (duas). Os resultados fornecem subsídios para que professores e estudantes possam explorar aspectos conceituais, procedimentais e epistemológicos no contexto do desenvolvimento inicial da teoria quântica, a partir de uma visão problematizadora e histórica da atividade científica.

    Abstract in English:

    Recent studies have renewed efforts to draw attention to the pseudo-historical narrative describing Philipp Lenard’s experimental results on the photoelectric effect as inexplicable and inconsistent with predictions of classical wave-electromagnetic theory. However, in examining the transition period between the rejection and acceptance of Albert Einstein’s “quantum of light hypothesis”, at least six classical attempts to interpret the photoelectric effect can be identified, rarely discussed in textbooks or academic texts. In this first article of a three-part series, four classical hypotheses on how the photoelectric effect is produced are presented, formulated respectively by Philipp Lenard (one), Arthur E. Haas (one), and by Joseph J. Thomson (two). The findings provide insights for teachers and students to explore conceptual, procedural, and epistemological aspects in the context of the early development of quantum theory, from a problematizing and historical perspective on scientific activity.
  • A bottle, eine Flashe, une bouteille: three versions of the Leiden jar História Da Física E Ciências Afins

    Morais, Thiago B.; Pinto, José A.F.; Silva, Ana P.B. da

    Abstract in Portuguese:

    A compreensão e interpretação do fenômeno envolvido no desenvolvimento da garrafa de Leiden integrou diferentes estudiosos e perspectivas, uma vez que o dispositivo desafiou as teorias sobre eletricidade do século XVIII, levando os filósofos naturais a um intenso debate e produções experimentais. Neste trabalho, trazemos um comparativo dos pressupostos de Benjamin Franklin (1706–1790), Franz Ulrich Theodosius Aepinus (1724–1802) e Jean-Antoine Nollet (1700–1770), para explicar como e por que a garrafa fornecia eletricidade. Com a análise das três explicações, podemos comparar suas semelhanças e principalmente diferenças, explicitando os diferentes métodos utilizados para construção de cada teoria. Entendemos que este tipo de estudo histórico contribui em discussões necessárias ao Ensino de Ciências quanto à complexidade do conhecimento científico.

    Abstract in English:

    The understanding and interpretation of the phenomenon involved in the development of the Leiden jar integrated different scholars and perspectives, as the device challenged 18th century theories about electricity, leading natural philosophers to intense debate and experimental productions. In this work, we compare the assumptions of Benjamin Franklin (1706–1790), Franz Ulrich Theodosius Aepinus (1724–1802) and Jean-Antoine Nollet (1700–1770), to explain how and why the bottle supplied electricity. With the analysis of the three explanations, we can compare their similarities and mainly differences, explaining the different methods used to construct each theory. We understand that this type of historical study contributes to discussions necessary for Science Teaching regarding the complexity of scientific knowledge.
  • Majorana’s presence in contemporary physics História Da Física E Ciências Afins

    Santos, Carlos Alberto dos

    Abstract in Portuguese:

    Apresenta-se neste trabalho uma abordagem da vida científica de Ettore Majorana com o objetivo de fornecer subsídios para transposições didáticas durante cursos de bacharelado e licenciatura em física, bem como durante cursos de mestrado acadêmico ou profissional em ensino de física. São discutidas especialmente as contribuições de Majorana para a formulação da teoria da interação forte e para a revisão da teoria de Dirac, com o consequente surgimento do neutrino de Majorana e dos férmions de Majorana. Também são apresentados os resultados obtidos por Majorana em 1932, e que foram usados por Rabi no artigo que é considerado como a origem da ressonância magnética nuclear.

    Abstract in English:

    This work presents an approach to the scientific life of Ettore Majorana with the aim of providing support for didactic transpositions during undergraduate courses in physics, as well as during academic or professional master’s courses in physics teaching. Specially discussed are Majorana’s contributions to the formulation of the strong interaction theory and to the revision of Dirac’s theory, with the consequent emergence of the Majorana neutrino and Majorana fermions. Also presented are the results obtained by Majorana in 1932, which were used by Rabi in the article that is considered the origin of nuclear magnetic resonance.
  • 200 years of the Navier–Stokes equation History Of Physics And Related Sciences

    Bistafa, Sylvio R.

    Abstract in English:

    The year 2022 marked the 200th anniversary of the first appearance of the Navier–Stokes equation, a landmark in Fluid Dynamics introduced by Claude-Louis Navier in 1822. This equation revolutionized the understanding of fluid motion by incorporating viscosity and friction into the equations, expanding their applicability beyond idealized fluids. In this manuscript, we explore the historical development of the Navier–Stokes equation and its profound impact on Fluid Dynamics over the past two centuries. From Navier’s initial insights to George Stokes’ experimental validations and subsequent contributions by other scientists, we trace the evolution of this equation. We also delve into its practical applications, including its role in the development of Computational Fluid Dynamics. The Navier–Stokes equation has played a pivotal role in advancing our understanding of fluid behavior, making it a cornerstone of modern science and engineering.
  • Plasma physics at the UFRGS Physics Institute: 1974–1989 História Da Física E Ciências Afins

    Ziebell, Luiz Fernando; Santos, Carlos Alberto dos

    Abstract in Portuguese:

    A pesquisa em física na Universidade Federal do Rio Grande do Sul teve início em 1960, logo depois da criação do Instituto de Física, no final de 1959. A primeira área de concentração foi a física nuclear teórica, a partir da qual emergiram várias outras áreas. Em 1974 foi criado o grupo de pesquisa em física de plasmas, com alguns pesquisadores oriundos da física nuclear. Os primeiros 25 anos da história desse grupo são abordados neste trabalho, com ênfase na produtividade científica em termos de dissertações de mestrado, teses de doutorado, relatos em eventos científicos e publicações em periódicos de circulação internacional. Uma breve análise bibliométrica mostra a maturidade científica do grupo e o grau de adesão às ideias e diretrizes que motivaram sua criação. Finalmente, os registros históricos mostram que o desenvolvimento do grupo constitui um exemplo bem-sucedido de planejamento institucional, em contraposição a situações em que novas linhas de pesquisa surgem quase como resultado de geração espontânea, de simples ramificação de grupos já existentes.

    Abstract in English:

    The research in physics at the Federal University of Rio Grande do Sul started in 1960, soon after the creation of the Institute of Physics, by the end of 1960. The first area of concentration was theoretical nuclear physics, which in the sequence originated several other research areas. In 1974 was created the plasma physics group, incorporating some researchers originated from nuclear physics. The initial 25 years of the history of this group are discussed in this work, with emphasis on the scientific productivity in the form of master dissertations, doctoral thesis, contributions to scientific events, and publications in journals with international circulation. A brief bibliometric analysis shows the scientific maturity attained by the group and the degree of adherence to the ideas and principles which motivated its creation. Finally, the historical registers show that the development of the group constitutes a well-succeeded example of institutional planning, in contrast with situations in which new research lines appear almost as a result of spontaneous generation, by simple ramification of groups already existent.
  • Erratum: Medindo a massa inercial usando uma balança romana Erratum

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