VI Seminário de Tecnologia, Inovação e Desenvolvimento Social: Apresentação PIBID Física

No dia 28 de agosto de 2019, foi apresentado pelas bolsistas Júlia Bristot e Júlia Giacomet e pelo bolsista Clóvis Dalpian, as atividades realizadas na E.E.E.M. São Caetano, bem como as experiências de cada integrante do grupo. 

Esta apresentação ocorreu na Universidade de Caxias do Sul (UCS) no VI Seminário de Tecnologia, Inovação e Desenvolvimento e, os colegas do Núcleo de Ciências da Natureza também compartilharam suas vivências e ações pedagógicas.  

Oficina de Teoria da Relatividade

No dia 29/05/19 foi realizada uma aula expositivo-dialogada sobre a Teoria da Relatividade para as turmas 105, 201, 202 e 301 com duração de, aproximadamente, 45 min cada.

Começamos abordando aspectos históricos sobre o desenvolvimento dessa teoria, assim como, importantes trabalhos que deram suporte para a elaboração dos novos conceitos. O eclipse que corroborou para a comprovação da Teoria da Relatividade, completava 100 anos do dia da realização da aula, por esse motivo, foi exposta uma reportagem que tratava da contribuição do Brasil para essa constatação.

A Teoria da Relatividade foi exemplificada através de uma simulação, na qual enfatizamos os aspectos de contração do tempo, além do conceito da velocidade da luz constante independente do referencial. 

O Paradoxo dos Gêmeos foi explicado e sua base construída em conjunto com os alunos através de um diálogo. A ideia geral é que para alguém que viaja próximo a velocidade da luz, o tempo passa mais devagar do que para quem está em uma velocidade menor comparada à da luz. 

Através da nova concepção de tempo não absoluto, questionamos se seria possível uma viagem no tempo. Discutimos os aspectos tecnológicos que nos impedem de viajar a uma velocidade expressiva para que ocorra a dilatação do tempo, e, consequentemente, segundo hipóteses, avançar para o futuro ou voltar para o passado. Justificamos que a viagem no tempo mostrada em Vingadores: Ultimato seria impossível.

Para o fechamento da nossa aula, tratamos sobre a Teoria da Relatividade em dois personagens fictícios: Capitã Marvel e The Flash. Relacionamos a Capitã Marvel com o Paradoxo dos Gêmeos e o Flash com a viagem no tempo, e chegamos na conclusão que a Física envolvida em Capitã Marvel é mais adequada que a do Flash.

Resultado da simulação da Teoria da Relatividade.

Link para a reportagem: http://g1.globo.com/ceara/videos/v/sobral-celebra-100-anos-do-eclipse-com-comprovou-a-teoria-da-relatividade-de-einsten/7650001/

Bolsistas de iniciação envolvidos: Júlia  Bristot Matos e Júlia Giacomet Thomazoni.

Escola atendida: Escola Estadual de Ensino Médio São Caetano.

Turmas atendidas: 105, 201, 202 e 301.

Número de alunos atendidos: 90 alunos

Professora Supervisora: Silvana Roseli Contini da Rosa.

Professor Orientador: José Arthur Martins.

Oficina de Ondas

Nos dias 25 de abril e 6 de maio de 2019, foi realizado uma oficina sobre Ondas Mecânicas e Eletromagnéticas para turmas do terceiro ano do Ensino Médio, 301 e 302. 

Primeiramente, foi relembrado os principais aspectos de uma ondas, como a frequência e o comprimento de onda, a fim de uma melhor compreensão do conteúdo ao longo da oficina. Em seguida explicamos o que são ondas mecânicas e suas propriedades e usamos uma grande mola para demonstrar os dois tipos de ondas (transversal e longitudinal) e seus comportamentos de forma mais visual.

Como ondas sísmicas são ondas mecânicas, a sismologia esteve presente nessa oficina. Após a explanação de como os terremotos acontecem, demonstramos, com dois diapasões, o efeito de ressonância e exemplificamos como as ondas se comportam em um terremoto. 

Cada diapasão foi colocado em cima de uma das mesas e separados a uma distância arbitrária. Ao bater em um dos diapasões o outro vibrava como consequência do efeito de ressonância, ao parar a vibração do primeiro diapasão era possível ouvir o som do segundo instrumento.

Com o término da explicação de ondas mecânicas, iniciou-se a explicação sobre as ondas eletromagnéticas. Tratou-se sobre a diferença de comprimento de onda entre elas e suas diversas aplicações no nosso cotidiano como, por exemplo, as ondas de rádio e raio x. Contextualizamos o uso de filtros com o exemplo da foto recentemente capturada de um buraco negro e falamos sobre a importância da compreensão dos efeitos ondulatórios para o desenvolvimento de novas tecnologias. 

Após a parte teórica, realizamos um experimento relacionando a frequência de vibração de uma corda e de uma lâmpada estroboscópica. Sincronizamos as frequências criando um efeito ilusório de que a onda estava estacionária, e o mesmo foi feito "parando" um ventilador.

Atividade com a grande mola.

Experimento com a sincronização de frequências.

Bolsistas de iniciação envolvidos: Júlia  Bristot Matos e Júlia Giacomet Thomazoni.

Escola atendida: Escola Estadual de Ensino Médio São Caetano.

Turmas atendidas: 301 e 302

Número de alunos atendidos: 50  alunos.

Professora Supervisora: Silvana Roseli Contini da Rosa.

Professor Orientador: José Arthur Martins.

 

Experimento de Millikan da Carga de uma Gota de Óleo

Na disciplina de Fundamentos da Estrutura da Matéria da UCS nós, Júlia Bristot Matos, Júlia Giacomet Thomazoni e Leonardo Müller, com supervisão do professor Cláudio Antonio Perottoni, produzimos um material didático referente ao experimento da gota de óleo realizado por Millikan em 1909. Através dessa publicação, você será capaz de calcular a carga elétrica dessa gota de óleo!

  

Experimento de Millikan da Carga de uma Gota de Óleo

Robert Andrews Millikan foi um importante físico experimental que recebeu, em 1923, o Nobel de Física por seus trabalhos sobre o efeito fotoelétrico e a medida da carga do elétron.

Millikan desenvolveu, em 1909, um experimento no qual foi possível determinar com precisão a carga elétrica elementar. Esse experimento bastante simples faz uso da movimentação de uma pequena gota de óleo eletrizada sob a ação de um campo elétrico e também sob a ação da gravidade. Repetimos o experimento de Millikan e gravamos para que você possa calcular também a carga do elétron a partir de algumas medições simples com o uso do vídeo.

Para calcular a carga do elétron, utilizamos a carga de algo extremamente pequeno, uma gota de óleo. Para a realização do experiment0o, foi montado o equipamento utilizando óleo em um pulverizador, um capacitor de placas planas e paralelas, um retículo micrométrico para calibração, uma fonte DC, uma chave reversora de polaridade, um multímetro, um cronômetro, uma fonte de luz branca e uma câmera de celular.

Borrifamos algumas gotículas de óleo no interior de uma câmara, entre as placas eletricamente carregadas. Quando eletrizamos o capacitor, surge um campo elétrico no seu meio. Caso a gotícula de óleo tenha carga (seja ela positiva ou negativa) ela será atraída ou repelida, aumentando assim sua velocidade em uma das direções.

O vídeo foi dividido em dois momentos: o primeiro mostra a movimentação da gota de óleo sem a ação do campo elétrico e o segundo é a gota de óleo sofrendo a ação do campo elétrico com uma diferença de potencial de 300V.

Para realizar a medida da carga do elétron deve-se calcular a velocidade da gotícula nesses dois momentos. Para a realização das medidas é necessário saber: a cada 10 pequenas divisões, temos 1 mm  de distância. O tempo deve ser medido com um cronômetro.

• Sem campo elétrico(E=0, não considerar o empuxo do ar sobre a gota)

Para calcular a velocidade da gota de óleo utilizaremos as medidas de distância e tempo que determinamos com o vídeo.

 

A gota de óleo nesse momento sofre a ação de duas forças: a força peso e a força de fricção de Stokes (para objetos esféricos que se movem em um fluido viscoso). A partir disto, podemos descobrir o raio da nossa gota de óleo igualando as equações das forças

 

 

Manipulando a equação iremos obter:

  

Substituindo as constantes na fórmula, temos:

 

Agora, basta utilizar a velocidade calculada anteriormente para descobrir o raio da gota de óleo!

Vocês tem noção do tamanho do que estamos calculando? A ordem de grandeza do raio da gota se compara ao tamanho de bactérias e protozoários!

• Com campo elétrico (E>0)

Calcularemos a velocidade da gota de óleo v2, sob a ação de um campo elétrico, com uma diferença de potencial U=300V, usando a equação (1).

Dessa vez, a gota de óleo sofre a ação de uma força elétrica além das forças peso e de Stokes.

 
Manipulando a equação (4) e substituindo as constantes, teremos:

 

Por último, aplicaremos uma correção na equação de Stokes para partículas muito pequenas.

 

Que valor você encontrou? A unidade de carga elétrica é coulomb [C] e o valor atualmente aceito é de 1,602.10^(-19) C! Para maiores informações, consulte as referências.

 

Referências

https://brasilescola.uol.com.br/fisica/experimento-gota-oleo-millikan.htm 

https://docplayer.com.br/29993118-Determinacao-da-carga-elementar-do-eletron-o-experimento-de-millikan.html 

https://www.fisica.net/eletricidade/Reproducao_do_Experimento_de_Millikan.pdf 

www.ifsc.usp.br/~lavfis/images/BDApostilas/ApMillikan/Millikan_1.pdf 

Segunda Oficina de Astronomia

A segunda oficina de Astronomia foi realizada no dia 07 de dezembro de 2018 com as turmas 101, 102, 103 e 104.

Os temas abordados na oficina foram assuntos que os alunos tinham dúvidas e/ou curiosidade levantadas na oficina anterior como telescópios, difração da luz, planetas e galáxias. Para trabalharmos esses assuntos, fizemos uma apresentação de slides contendo imagens e poucos tópicos sobre todos os conteúdos.

Começamos trabalhando o sistema solar, características dos planetas, asteroides, meteoros e planetas anões. Tratamos sobre o Sol e partimos para o ciclo de vida das estrelas, buracos negros e coloração das estrelas.

Comentamos sobre telescópios e explicamos a difração da luz, mostrando o disco de Newton. Após isso, realizamos uma prática onde os alunos recebem CD’s, tesouras e durex. Eles são divididos em grupos de quatro, tiram a parte colorida do CD e ficam com uma “rede de difração” para cada aluno. Com isso é possível ver o espectro da luz através do pedaço de CD e puderam levá-lo para casa.

Como cada aluno tinha um pedaço de CD que refrata a luz, levamos lâmpadas com diferentes elementos e fizemos eles notarem a diferença de espectros, desse modo, fizemos conexão com a astronomia e o telescópio. Com o fim da prática, explicamos como as galáxias são catalogadas e diferenciadas. A oficina teve duração de três períodos e não foi aplicado nenhum questionário.

Alunos utilizando o CD para ver a difração da luz.

Alunos utilizando o CD para ver a difração da luz.

                                                                             

Explicação dos espectros das lâmpadas de elementos diferentes e conexão com a Astronomia e telescópios.

Bolsistas de iniciação envolvidos: Júlia Bristot Matos e Júlia Giacomet Thomazoni.
Escola atendida: Escola Estadual de Ensino Médio São Caetano.

Turmas atendidas: 101, 102, 103 e 104.
Número de alunos: 24.

Professora Supervisora: Silvana Roseli Contini da Rosa.

Professor Orientador: José Arthur Martins.

Texto revisado por José Arthur Martins.

Primeira Oficina de Astronomia

A oficina foi dividida em dois momentos. No primeiro momento foi trabalhado os aspectos observacionais da astronomia como as estações do ano, eclipses e fases da lua, e no segundo momento, trabalhamos distâncias e escalas do Sistema Terra-Lua.

Na primeira parte abordamos o movimento aparente do Sol em Caxias do Sul durante o ano e sua relação com os solstícios de verão e de inverno e dos equinócios. Com o uso do Stellarium ilustramos o movimento do Sol durante um ano, evidenciando os momentos de nascer e pôr do Sol nos solstícios e equinócios.

Após a explicação do movimento do Sol, com o uso de quatro globinhos e uma lâmpada, simulamos o movimento da Terra ao redor do Sol no período de um ano para explicar de modo mais visual como a inclinação do eixo da Terra em relação ao plano da órbita do Sol causa as estações do ano. Nesta etapa foi explicado também como ocorrem os eclipses solares e lunares.

No segundo momento, trabalhamos a parte matemática e prática de distâncias e escalas do Sistema Terra-Lua. Partimos do conhecimento prévio dos alunos e fomos construindo relações matemáticas com o uso de bolas de basquete, tênis, handebol e vôlei.

Os alunos conseguiram escolher qual seria a bola que representaria a Terra e a Lua calculando o diâmetro das bolas a partir de sua circunferência. Para a distância, fizemos uma prática na qual chamamos alunos para colocarem quanto a Lua estaria longe da Terra com base em seu conhecimento prévio. Logo após, fizemos o cálculo de qual seria a distância correta entre a Terra e a Lua e, ao reduzir para a escala que estávamos utilizando, representamos com o uso da fita métrica.

A primeira parte da oficina teve a duração de três períodos e a segunda parte dois períodos. Foi realizada no dia 06 de dezembro de 2018 com os alunos das turmas 101, 102, 103 e 104. Um questionário com oito questões de múltipla escolhas foi aplicado no começo da primeira parte da oficina e, o mesmo questionário, foi realizado após o fim da segunda parte. As questões compreendiam os assuntos abordados nas duas partes da oficina.

Explicação do movimento aparente do Sol.

Explicação do conceito de zênite e movimento aparente do Sol.

Explicação das estações do ano.

Explicação das fases da Lua.

Bolsistas de iniciação envolvidos: Clóvis Dalpian, Júlia Bristot Matos e Júlia Giacomet Thomazoni.

Escola atendida: Escola Estadual de Ensino Médio São Caetano.

Turmas atendidas: 101, 102, 103 e 104.

Número de alunos: 17.

Professora Supervisora: Silvana Roseli Contini da Rosa.

Professor Orientador: José Arthur Martins.

Texto revisado por José Arthur Martins.

Oficina de Leis de Ohm

No dia 27/11/18 nos encontramos na Escola São Caetano, sob a supervisão da professora orientadora, Silvana da Rosa, responsável por recepcionar e administrar nossa presença e de nossas atividades na escola. Estave presente também, nosso supervisor de área o Sr. José Arthur que nos acompanhou durante a execução dos laboratórios. Atendemos neste dia duas turmas de terceiro ano, dando um total de 30 alunos. 

Na parte inicial da oficina, começamos as atividades apresentando aos alunos os conceitos necessários para conhecimento das Leis de Ohm com o uso da plataforma de estudos PHET – Colorado, que é de fácil acesso, e, que possibilita a prática de forma virtual de diversas atividades na Área de Física e Química e de outras áreas do conhecimento. Neste primeiro momento do Laboratório, foram apresentados aos alunos os conceitos inicias sobre a 1ª e 2ª Lei de Ohm.

Na segunda parte da oficina, explicamos os conceitos da associação de resistores de forma que eles pudessem associar o conteúdo com atividades do seu dia a dia, como ligar as lâmpadas de casa ou da sala de aula, luzes de natal e chuveiro elétrico. Estes exemplos foram escolhidos para que a aula não fosse apenas fórmulas e conteúdo de difícil assimilação, assim eles poderiam absorver melhor o conteúdo discutido.

Para esta parte da aula foi utilizado um aplicativo da Plataforma PHET – Colorado, e um quadro elétrico para visualização tanto do Circuito Série, quanto do Circuito Paralelo. Com isso, reunimos os alunos para apresentar a eles o Gerador de Vander Graff, com intuito de ativar a curiosidade de todos. Conseguimos demonstrar as atividades de disparo de eletricidade através de pequenas descargas elétricas visíveis a olho nu e realizamos a experiência de iluminar uma lâmpada incandescente aproximando ela da abóboda do gerador, instigando eles a refletir sobre o que acontecia com a lâmpada e quais os motivos Após isso, realizamos a experiência de eletrificação do corpo, onde os cabelos foram, de certa forma, "expulsos" do corpo e explicamos os conceitos que ocasionavam este fenômeno.

Bolsistas de iniciação envolvidos: Bruna Romani Sachet e Clóvis Dalpian

Escola atendida: Escola Estadual de Ensino Médio São Caetano

Turmas atendidas: 301 e 302

Número de alunos: 30

Professora Supervisora: Silvana Roseli Contini da Rosa

Professor Orientador: José Arthur Martins

Texto revisado por: José Arthur Martins