Física de plasma no ensino médio

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2015.É pouco expressiva a quantidade de tópicos de física moderna estudados no ensino básico. A física de plasma tem a capacidade de concatenar abordagens teóricas e cotidianas da física moderna porém é praticamente inexistente material dirigido a professores e alunos do ensino básico. E menor ainda é o número de experiências relatadas de abordagem desse ramo da física nas escolas. Este trabalho apresenta um aparato experimental portável para uso em sala de aula, tubo de Crookes, e material didático teórico, publicado em forma de site, destinados à introdução de física de plasma no ensino fundamental e médio e à compreensão básica do funcionamento do experimento, podendo ser usado também para o ensino superior. O material didático foi desenvolvido tendo como foco a evolução histórica de conceitos, técnicas e tecnologias, que levaram à identificação e caracterização do quarto estado da matéria. Evitou-se o uso do desenvolvimento matemático como caminho para a construção dos conceitos, embora algum seja necessário. Os conceitos de carga e corrente elétricas, campos elétrico e magnético, temperatura e transição de fases são tomados como pré-requisitos necessários ao encadeamento das aulas como proposto. A aula experimental pode acontecer a qualquer tempo. Procurou-se afastar a necessidade de pré-requisitos matemáticos, como o uso de equações diferenciais, para compreensão de conceitos modernos como comprimento de Debye e frequencia de plasma, fazendo o uso de analogias e dos conceitos indicados. Obteve-se um material conciso e com apelo instrucional capaz de capturar a atenção dos alunos para a relevância do estudo de física e para a presença da física de plasma no dia-a-dia, mostra-se desta forma que os conceitos das ciências estão perto deles e que estão em desenvolvimento, trazendo um sensação de proximidade entre a fronteira da ciência e a vida cotidiana, indicando condições para aprimoramentos conceituais futuros e instigando-os à busca por conhecimento.It is not very significant the amount of topics of modern physics studied in primary education. Plasma physics has the ability to concatenate theoretical and everyday approaches of modern physics but there is virtually no material directed to teachers and students of basic education. And smaller still is the number of reported experiences of approach to this branch of physics in schools. This master's dissertation presents a portable experimental apparatus for use in classroom, a Crookes' tube, and theoretical teaching materials, published as a site for the introduction of plasma physics in elementary and high school and for the basic understand of the experiment. It also can be used for higher education. The courseware was developed with a focus on historical conceptual evolution, and also the techniques and technologies, leading to the identification and characterization of the so-called fourth state of matter. It avoided the use of mathematical development as a way for the construction of concepts, although some was necessary. The load concepts and electric current, electric and magnetic fields, temperature and transition phases are taken as needed prerequisites the chain of classes as proposed. The experimental class may happen at any time. It thus removes the need for mathematical prerequisites, such as differential equations, for understanding of modern concepts such as the Debye length and plasma frequency, making the use of analogies and indicated concepts. We obtained a concise material and instructional appeal capable of capturing the students' attention to the importance of the study of physics and plasma physics presence in day-to-day lives, then showing that the concepts of science are close to them and that are in development, which brings a sense of closeness between the frontier of science and everyday life. This gives conditions for future conceptual improvements and prompting the search for knowledge

Um experimento em que a força de empuxo aponta para baixo

Em hidrostática, o princípio de Arquimedes prevê uma força vertical para cima sempre que um corpo encontra-se submerso em um líquido. Contrariamente ao senso comum, esta lei física não está livre de exceções, como, por exemplo, quando o corpo está em contato com o recipiente. Isto fica mais evidente quando um paralelepípedo menos denso do que o líquido encontra-se em repouso no fundo do recipiente, sem nenhum líquido abaixo dele, um caso em que uma força para baixo é esperada, de acordo com um trabalho recente do primeiro autor. Neste trabalho nós apresentamos um experimento simples e de baixo custo que permite a detecção de tal força. Este resultado contra-intuitivo mostra que o princípio de Arquimedes é inadequado para casos em que há contato do corpo com o recipiente.In hydrostatics, the Archimedes principle predicts an upward force whenever a body is submerged in a liquid. In contrast to common sense, this physical law is not free of exceptions, as for example when the body touches the container. This is more evident when a rectangular block less dense than the liquid rests on the bottom, with no liquid underneath it, a case in which a downward force is expected, according to a recent work by the first author. In the present work, we describe a simple, low-cost experiment which allows the detection of such force. This counterintuitive result shows the inadequacy of Archimedes' principle for treating "contact" cases