Projeto - Deficiência Visual

Um estudo sobre a formação inicial do docente de Física da UFSCar:

Impressões e estratégias para o ensino dos alunos com deficiência visual

O trabalho teve como objetivo investigar a percepção de alunos do curso de licenciatura plena em Física da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) cursando a disciplina visual e quais os limites e possibilidades para o ensino de Física do aluno deficiente. Para isso, foi realizado uma entrevista com os graduandos com dois enfoques: a percepção sobre a natureza da deficiência visual e o mundo e a relação professor e deficiente visual.

Do ponto de vista metodológico, esta pesquisa contou uma entrevista semiaberta estruturada da maneira supracitada. Nota-se que os alunos nunca pensaram a respeito da inclusão do deficiente visual no ensino de Física e se otimistas para enfrentar tal situação. Embora as leis atualmente vigentes sejam boas, a prática educativa necessita de melhoras, para garantir um melhor acesso à educação dos deficientes.

Entrevista - Gato de Schrodinger

PET-LiF – O que é mecânica quântica então e quais são as aplicações da mecânica quântica no nosso dia-a-dia?

Rigolin – Existem várias maneiras de se tentar dizer o que é a mecânica quântica. De maneira bem simples, podemos dizer que ela foi uma nova mecânica que se iniciou a partir da virada do século XIX para o século XX, especificamente a partir de 1901, quando Planck conseguiu explicar a radiação do corpo negro quantizando a maneira como os osciladores harmônicos emitiam e absorviam radiação no corpo negro. Assim, ela é quântica nesse sentido: a energia que as partículas ou que um sistema físico pode possuir deixou de ser contínuo, deixou de poder possuir qualquer valor. Para certas configurações que se pensava antes do advento da mecânica quântica que essa energia poderia ter qualquer valor contínuo, as pessoas começaram a ver que essa energia aparecia em múltiplos inteiros de uma certa quantidade fundamental. Daí o nome de mecânica quântica, que veio do latim, quantum, quantidade elementar. Então, de forma bem simplista, a mecânica quântica é isso. Num primeiro momento ela rompeu os paradigmas clássicos de que as energias para certos sistemas poderiam possuir qualquer valor e ela mostrou que para explicar os dados experimentais a energia teria que ser múltiplos de certas quantidades fundamentais.

PET-LiF – E as aplicações no dia-a-dia?

Rigolin – A partir da mecânica quântica a gente conseguiu explicar as propriedades da matéria e as aplicações são num certo sentido consequência disso. Já que você conhece  e descreve bem a matéria em nível microscópico você pode arranjar essa matéria e preparar dispositivos e sistemas físicos para fazer aquilo que você deseja. Por exemplo, você pode preparar dispositivos semicondutores para fazer processadores de computador e produzir o laser, que é luz altamente coerente e colimada. O transistor, que está nos microchips, foi possível de ser feito em escala bem pequena e em matéria condensada por que a gente só conseguiu entender a matéria sólida com a mecânica quântica. Resumindo, a mecânica quântica  está nos computadores, nos telefones, nos lasers e em vários dispositivos modernos de tecnologia que fazem uso de chip de silício. 

PET-LiF – O que seria o gato de Schrödinger?

Rigolin – O gato de Schrödinger foi uma maneira que o Schrödinger, um físico austríaco, apresentou para as pessoas um possível paradoxo das consequências da aplicação dos postulados da mecânica quântica. Os postulados dão a estrutura formal da teoria quântica. Assim como a mecânica clássica tem as três leis de Newton que você pode usar para resolver problemas, a mecânica quântica tem um conjunto de “leis de Newton” que a gente chama de postulados. Alguns desses postulados se usados para sistemas macroscópicos, levavam a situações absurdas e Schrödinger, para ilustrar isso, apresentou o Gato de Schrödinger: Ele associou um átomo instável que pode decair em outro como sendo o mecanismo de disparo do seguinte experimento. Esse átomo, ao decair e emitir radiação, vai ativar um mecanismo que dispara um veneno dentro de uma caixa contendo um gato. Se o átomo não decair, o veneno não é disparado e o gato está vivo. Se o átomo decair, ele vai emitir a radiação que vai acionar o mecanismo envenenando o gato e o matando. Como você pode ter uma superposição de um estado de átomo que decaiu e não decaiu ao mesmo tempo, então você geraria uma superposição de átomo que não decaiu, gato vivo, e átomo que decaiu, gato morto.

Com isso, Schrödinger mostrou que se você levar o princípio da superposição da mecânica quântica (um de seus postulados) às últimas consequências, aplicando-o  para objetos macroscópicos, você pode gerar situações absurdas como essas.

PET-LiF – O que seria então uma função de onda? E o que significa uma superposição de funções de ondas?

Rigolin – A partir da função de onda que um sistema físico possui, a gente pode extrair todas as informações físicas e fazer predições para este sistema. A Função de onda na mecânica quântica seria o equivalente, numa analogia não muito precisa, de conhecermos a posição e momento de uma partícula clássica. Se você tem a posição e velocidade de uma partícula na mecânica clássica ela está bem definida. Na mecânica quântica o análogo a isso é a função de onda ou estado quântico, que você obtém resolvendo a equação de Schrödinger. A função de onda é um objeto matemático que descreve completamente o sistema quântico e a partir dele a gente consegue extrair qualquer informação, qualquer predição física desse sistema. A gente pode dizer que na mecânica quântica uma partícula deixa de ter x (posição) e v  (velocidade) bem definidos e passa a ter uma função de onda bem definida.

PET-LiF – É possível ter superposição de mais de duas funções de onda simultaneamente?

Rigolin – Sim. Como a equação de onda de Schrödinger é linear, superposições de soluções distintas desta equação também é solução. Este é  principio da superposição de ondas ou das soluções de equações lineares diferenciais, matematicamente falando. Esse princípio vai valer também na mecânica quântica. Se você tem uma, ou duas, ou mais soluções de uma equação diferencial, a combinação linear dessas soluções também é solução da equação linear.  Na mecânica clássica, por exemplo, quando estudamos o oscilador harmônico, tem-se o seno e o cosseno como soluções independentes deste problema. A solução mais geral é uma combinação linear destas duas soluções. Na mecânica quântica temos algo parecido. Você vai ter várias soluções para um problema e a combinação dessas soluções também é uma solução da equação de onda, descrevendo um possível estado do sistema. O “problema” na mecânica quântica está no fato de que cada uma dessas funções de onda pode estar associada com situações do tipo: gato vivo e átomo que não decaiu ou átomo que decaiu e gato morto. São duas soluções possíveis do problema e combinando as duas, há uma nova solução também possível. Só que a interpretação física do problema fica absurda no sentido que Schrödinger explicou com seu paradoxo.

PET-LiF – Então Schrödinger tentou levar a mecânica quântica para um universo macroscópico...

Rigolin – Ele sabia que não deveria funcionar lá, mas supondo que aquilo que se conhecia para descrever a matéria em sua estrutura microscópica fosse extrapolado de maneira cega, qual seria a consequência disso? Superposições de coisas que a gente não vê no mundo macroscópico. Gato de Schrödinger é um exemplo deste tipo. Outro exemplo seria se você tivesse duas portas, você poderia estar em uma situação de estar passando nas duas portas ao mesmo tempo.

PET-LiF – Como no exemplo de fenda dupla.

Rigolin – Exato, você também não vê isso macroscopicamente. Mas microscopicamente, passar por dois locais ao mesmo tempo são possibilidades devido ao princípio da superposição das soluções da equação de Schrödinger para esse problema. Passar por um lado  “e”  passar por outro lado também tem de ser solução.

PET-LiF – O que seria uma superposição coerente e uma incoerente?

Rigolin – Estados quânticos que se combinam coerentemente é isso que eu acabei de dizer, e você pode ter estados quânticos que se combinam “incoerentemente”, ou numa nomenclatura melhor, temos uma mistura estatística para descrever certos sistemas quânticos. Aí você não teria o “E”, teria o “OU” como descrição das possibilidades de seu estado. Mistura estatística seria um estado quântico onde a partícula passou ou pela porta A ou passou pela porta B, o gato ou está vivo, ou está morto. Isso seria o “incoerente”, você perdeu essa coerência, essa superposição que dariam essas interpretações absurdas no mundo macroscópico.

PET-LiF –  Por que a princípio não poderíamos observar efeitos da mecânica quântica no nosso dia a dia?

Rigolin – Nós observamos alguns efeitos, mas não a superposição coerente. Afinal, a matéria tem as propriedades que observamos devido a mecânica quântica. Agora, Numa visão meio simplista para entender o que está acontecendo, se você tem uma partícula microscópica é possível controlá-la. Você consegue preparar um ambiente em volta dela, no qual ela se mantêm coerente por uma escala de tempo suficientemente grande para você fazer experimentos e presenciar esses fenômenos quânticos, inclusive a superposição de estados. Conforme você coloca mais e mais partículas é muito difícil você manter esse sistema isolado e fechado do ambiente. Ele começa a interagir com o ambiente. A escala de tempo que ele permaneceria quântico e coerente se reduz proporcionalmente a quantidade de partículas que a gente vai compondo para montar o sistema macroscópico. Quanto mais e mais átomos a gente tem, mais e mais possibilidades de interagir com o ambiente. Então, mais e mais rapidamente o sistema vai perder a sua coerência e se comportar como algo macroscópico. É muito bonito falar isso, mas é difícil quantificar isso. Isto é um problema ainda aberto na mecânica quântica.

PET-LiF – A princípio a gente pode dizer que tudo é quântico e tende a virar clássico?

Rigolin – Você pode pensar que a mecânica quântica seria a teoria mais fundamental e devido a esse problema da decoerência, da interação do sistema com o ambiente, rapidamente ela tende para comportamentos tipo clássico. Mas também não existe uma prova tão rigorosa e formal que você mostra sem nenhuma complicação matemática que no limite em que isso aconteça a mecânica quântica tende a mecânica clássica perfeitamente. Tudo indica que isso acontece mas não há uma prova rigorosa para isso.

PET-LiF – Você acha que o gato de Schrödinger é o melhor exemplo que existe para explicar o que Schrödinger quis dizer? Ou você acha que existem alguns exemplos melhores para tentar demonstrar como a mecânica quântica se comportaria no mundo macroscópicos.

Rigolin – O gato de Schrödinger é um bom exemplo, por que ele dá esse aspecto fantástico de que algo está vivo e morto ao mesmo tempo, mas você poderia fazer essa analogia com qualquer duas propriedades macroscópicas que na nossa lógica clássica seria impossível de acontecer. Você pode falar que algo estaria acontecendo ao mesmo tempo, passar por duas portas ao mesmo tempo, estar em dois locais ao mesmo tempo. Tudo isso se você extrapola  da mecânica quântica para o mundo macroscópico o princípio da superposição. Ele pegou um exemplo dramático, de vida ou morte, vamos dizer assim.

9ª edição

Mais uma edição do nosso querido folhetim se encontra finalizada! Desta vez vocês poderão adentrar a um dos mundos mais fascinantes, curisos, intrigantes e misteriosos já conhecidos pela mente humana: A Mecânica Quântica.  

Com base neste tema a 9ª edição do News Bohr traz um pouco das contribuições do famoso cientista Erwin Schrodinger e seu experimento mental, o Gato de Schrodinger.

E para ajudar no desvendar deste assunto a edição conta  com  uma entrevista realizada com o Prof. Dr. Gustavo Garcia Rigolin, do departamento de Física da UFSCar sobre Mecânica Quântica e suas aplicações.

Além disso o  folhetim traz sugestão de vídeo e livro para quem quiser explorar mais o mundo da Mecânica Quântica.

Para fazer o download clique no link abaixo. 

http://www.4shared.com/file/Fm-GHFF5/News_Bohr_9.html

SEFÍS IX

Ocorreu no dia 21 de agosto de 2013 mais uma participação do grupo Pet-LiF na Semana da Física, nesta nona edição o tema abordado foi átomo de Bohr. Sabendo que o público alvo é formado por alunos do ensino médio, o grupo propôs apresentar a Física de uma forma diferente da escolar. Foi abordada a evolução do conceito “átomo”, desde sua origem na Grécia antiga através da filosofia atomista de Demócrito e Leucipo na forma de uma pequena peça teatral e uma apresentação mais conceitual sobre os modelos atômicos chegando até Bohr.

O teatro teve como objetivo introduzir uma ideia sobre a filosofia atomista e seus primeiros conceitos, como por exemplo, o fato do átomo ser constituinte de tudo, até mesmo de coisas não materiais como a alma, o pensamento e os deuses.

Desta forma, procuramos dar um outro enfoque tentando nos afastarmos de formas de ensino mais tradicionais. Os alunos mostraram muito entusiasmo com essa ideia, pois em vários momentos ouvimos o êxtase da plateia. Podemos perceber que obtivemos um resultado favorável tendo como base a participação do público quando foram feitas perguntas durante a apresentação e a facilidade em respondê-las.

Pensando no sucesso observado, iremos tentar reproduzir e aperfeiçoar essa metodologia em futuros eventos, esperamos vocês na próxima SEFÍS, pois aqui a Física tem gostinho de quero mais.

Discutindo Física 2- Buracos Negros

 Dando continuidade ao projeto “Discutindo Física” o grupo PET-LiF realizou, no dia 02 de julho de 2013, mais uma discussão. A palestra teve como mediador o Professor Dr. Gustavo Rojas, e o tema abordado foi Buraco Negro. O capítulo 4 do livro “O Universo Numa Casca de Noz” do Stephen Hawking foi utilizado como desencadeador da conversa. 

                                     

 O Professor optou por não utilizar de apresentações em slide,  apenas anotações que considerava importantes,  deixando o ambiente ainda menos formal e fortalecendo a relação   aluno/palestrante.  

 A discussão foi feita de modo a construir o tema passando por conceitos de  massas estrelares, velocidades de escape, gravidade, horizonte de eventos, disco de acresção entre outros. Por fim chegou-se a explicação sobre como são formados os buracos negros e se abriu a conversa com os alunos presentes.

Entrevista Buracos Negros

Entrevista sobre Buracos Negros com o professor Javier Fernandes Ramos Caro do Departamento de Física da UFSCar - São Carlos

PET-LiF: O senhor já trabalhou com algo relacionado a buraco negro?

Javier: Já trabalhei com coisas relacionadas, mas não diretamente com buracos negros. Estou trabalhando com uma coisa chamada dinâmica de galáxias e dentro dos componentes de uma galáxia podemos encontrar buracos negros. Acredita-se que no centro das galáxias existam buracos negros supermassivos, pois, numa galáxia há várias estrelas e uma porcentagem significativa delas tem condição para virar buracos negros, por exemplo, aquelas estrelas que têm uma massa maior que 3 vezes a do Sol. Um buraco negro é o estágio final da evolução de uma estrela quando acaba o colapso gravitacional, ou seja, quando ela esgota toda sua energia eletromagnética, sua irradiação, a gravitação é então mais forte fazendo com que toda a matéria fique cada vez mais concentrada e ocorre uma situação de densidade suficientemente grande para considerar o que chamamos de buraco negro. Portanto, na evolução de uma galáxia podemos encontra-los.

PET-LiF: Sabemos que as descobertas de buracos negros levam anos para serem concluídas, qual foi o último buraco negro descoberto?

Javier: A gente não tem certeza, por enquanto só se tem indícios de que existem buracos negros. Digamos que só temos 90% de certeza.

PET-LiF: A partir de que observações os buracos negros são detectados já que não podemos observá-los? Seria só em função do movimento de estrelas ou de outros corpos celestes?

Javier: Sim, exatamente. Ou seja, realmente a gente pode inferir a existência de um buraco negro pelo movimento da matéria que está ao lado dele. Algo bem observado, que tem muitos indícios dá-se no chamado disco de acreção, no centro das galáxias. É uma região em forma de disco que é formada pela massa, supostamente absorvida pelo buraco negro das estrelas que ficam perto do horizonte de eventos. Esse disco de acreção, que está no centro das galáxias, vai aumentando cada vez mais a massa dos buracos negros e, por isso, acreditamos que os buracos negros sejam supermassivos, porque há milhões de anos estão absorvendo a massa das estrelas que estão rodeando esse horizonte de eventos. Horizonte de eventos é a região que delimita o buraco negro, ou seja, uma vez que você passa o horizonte de eventos você não pode sair mais.

PET-LiF: Mas não há nenhuma forma específica para confirmar se existem? Por isso somente os 90% de certeza? As constatações são sempre a partir de vários anos de observações de outros corpos celestes?

Javier: Exatamente, é a partir da observação. Vocês sabem que comumente na física podemos fazer experimentação, só que para isso temos que ter controle sobre o sistema e  não temos controle sobre o buraco negro. Só podemos ficar olhando e a partir da observação inferir coisas. É só pela observação dos corpos, das partículas, também de observações interferométricas, ou seja, analise da radiação, que podemos inferir coisas. Ninguém foi lá para confirmar. Outra coisa interessante que podemos acrescentar, para ter maior certeza sobre a existência dos buracos negros, é uma coisa chamada radiação de Hawking, Hawking de Stephen Hawking. Einstein, no seu tempo, não gostava muito da teoria da mecânica quântica e então, uma das coisas que Hawking, muitos anos depois pôde concluir seriam absurdas para Einstein, por exemplo, que os buracos negros são resultados de suas equações. Ele não acreditava, mas eram os resultados. O fato interessante é que utilizando a mecânica quântica em buracos negros é possível estabelecer que, no horizonte de eventos, ocorre um processo de interação e aniquilação entre partículas. É possível que alguma coisa saia do buraco negro, a radiação Hawking, ou seja, haveria alguma coisa que poderia sair de informação, que poderíamos extrair dos buracos negros, mas por enquanto não temos tanta certeza do que a gente espera observar. Quando tivermos certeza da radiação de Hawking, certeza absoluta, daí será uma forma direta, concreta, de descobrir buracos negros.

PET-LiF: A localização dos buracos negros gera alguma consequência para os planetas? Nos filmes de ficção científica, sempre mostram um buraco negro como algo prejudicial, quais os benefícios que eles trazem para o Universo, se é que tem algum benefício?

Javier: Bom, benefícios, não sei... Acho que a natureza, ela é uma coisa que é assim, sem pensar em algum benefício ou não, o termo benefício é uma invenção humana... Mas, do ponto de vista humano, a gente poderia achar alguns benefícios sim. Os buracos negros supermassivos contribuem para a formação das galáxias e nós fazemos parte das galáxias.

PET-LiF: Qual seria a contribuição da descoberta de um buraco negro para a comunidade científica?

Javier: A contribuição está no fato de que eles são uma verificação a mais da teoria geral da gravitação de Einstein.  A contribuição para a comunidade científica é que isso é bom para nós que gostamos da teoria de Einstein.

PET-LiF: Há pouco tempo saiu na mídia que haveria um buraco negro no meio da nossa galáxia. Isso traz algum risco? É confiável o que sai na mídia ou a maioria das informações são distorcidas?

Javier: O buraco negro que fica no centro da Via Láctea, tem um nome, Sagittarius A. Não traz nenhum risco para nós que ficamos a uma distância enorme. O Sistema Solar fica a uma distância muito grande do disco de acreção, ou seja, só teria risco se ficássemos perto do disco de acreção do buraco. Porque se uma estrela fica no disco de acreção de um buraco negro, ela vai perder mais rapidamente energia, ela vai morrer mais rapidamente assim como a vida associada a essa estrela.

Na mídia há muita especulação. Veja o LHC: “Nossa isso vai gerar um buraco negro!”; “Isso vai comer a terra!”. Para que isso ocorresse precisaria de uma energia gigantesca. Como eu já disse, para um buraco negro ser criado naturalmente, você precisa de uma massa de pelo menos 3 vezes a massa do Sol. Coisa que atualmente é humanamente impossível. Já não sei futuramente...

PET-LiF: Professor, o senhor gostaria de adicionar mais algo a essa entrevista?

Javier:  Simplesmente gostaria de falar que um dos fenômenos mais interessantes que a gente poderia encontrar é essa questão dos buracos negros. É muito atraente, é interessante você pensar numa coisa da qual a luz não pode sair. É fascinante! É uma coisa que segura a imaginação. Por exemplo, os buracos negros podem proporcionar uma teoria que pode unir a teoria de Einstein com a Mecânica Quântica. Atualmente no campo da física há cientistas trabalhando nisso, numa teoria quântica da gravidade. Então os buracos negros, esses fenômenos quânticos que apresentam radiação de Hawking, são alguns elementos que podem trazer indícios da construção de uma teoria que poderia te dar informação do que acontece em algum lugar. Também a teoria cosmológica moderna considera que quem começou tudo foi um buraco negro. Então essa teoria quântica da gravidade poderia verificar essa informação, o que ocorreu no início do Universo, porque, só se tem a informação de uns 3x10-43 segundos. O que aconteceu antes, talvez uma teoria quântica da gravidade poderia dar alguma informação, tudo isso é motivado por uma questão bem interessante na física teórica. Nós podemos ter vindo de um buraco negro, um buraco negro primordial.