Uma proposta de experimental de baixo custo do efeito fotoelétrico para o ensino médio
Sermos Domingos da Conceição
Orientador: Prof. Dr. Aurélio Wildson Teixeira de Noronha
2023
A física moderna é uma das poucas disciplinas abordadas no ensino médio. A tecnologia tem grandes avanços em várias áreas das ciências. Na Física, a Física Moderna, tem aplicações visíveis no cotidiano, por exemplo, o efeito fotoelétrico cujos conceitos são aplicados no funcionamento de portas automáticas de instituições, na iluminação pública, controle de eletrodomésticos etc. Este trabalho tem como objetivo construir um experimento de baixo custo utilizando LEDs para explicar o efeito fotoelétrico no ensino médio e uma proposta de aula para o professor. A preparação do experimento é dividida em três etapas: a primeira etapa é a reprodução do experimento de referência. Na segunda etapa, foi realizada a construção do experimento de baixo custo com amostragem de valores. E na última, foi desenvolvido a proposta
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Um estudo sobre a formação docente no curso de licenciatura em física na Unilab
Hamilton Francisco Catraio Nhime
Orientador: Prof. Dr. Aurélio Wildson Teixeira de Noronha
2023
O objetivo deste trabalho é analisar a formação docente no curso de licenciatura em física na Universidade de Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira. Para isso, no procedimento metodológico, partimos de uma abordagem qualitativa, com aplicação de questionários através do google forms para professores e alunos vinculados ao curso de licenciatura em Física. Na revisão bibliográfica foram apresentadas as leis e diretrizes da criação da UNILAB, as diretrizes do curso de licenciatura em Física e os princípios norteadores com atenção a interdisciplinaridade de conteúdos durante o curso de graduação e a preparação para a docência no PALOP. Dentre os entrevistados, a parte discente teve maior participação de estudantes internacionais. Como resultados, uma parte dos discentes, em alguns casos – a maioria, acreditam que o curso prepara para a docência que a interdisciplinaridade tem papel importante nas atividades curriculares e sua preparação para docência no PALOP. Há também a necessidade de outras disciplinas que poderiam diversificar a formação do futuro professor de Física e algumas críticas pontuais em outras. Ao terminarmos a pesquisa, vimos ser possível formar professores de física a partir de práxis que firma no ensino comprometimento do educador. Em suma, deixamos como propostas de trabalhos futuros a realização de estudos sobre a estrutura curricular do ensino de física da educação básica no PALOP e no Brasil, analisando suas semelhanças e diferenças para compreender melhor se há a possibilidade de uma formação de professor universal.
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A física moderna através das tecnologias na realidade angolana: experimento da constante de Planck com leds
Faria Cusseta Samuel Francisco
Orientadora: Profa. Dra. Mylene Ribeiro Moura Miranda
Coorientador: Dr. Marcus Aurélio Ribeiro Miranda
2023
É do nosso conhecimento que estamos vivendo em um mundo que está em constante transformação. Acreditamos que no mundo atual, a compreensão da Física moderna é fundamental para a interpretação de fenômenos que envolvem novas tecnologias. A deficiência no ensino de Física moderna causa prejuízos na formação dos estudantes, pois dificulta a compreensão de muitos dos aspectos tecnológicos do mundo contemporâneo e dificulta a conexão das aplicações do dia a dia com os conceitos da física moderna. Neste trabalho, apresentamos um experimento de baixo custo para determinar a constante de Planck, com o propósito de contribuir no ensino de física moderna em Angola. Esta constante foi apresentada em 1900 é uma das constantes mais importantes na física moderna. O foco é contribuir com o ensino da física moderna através da mediação de um experimento, fazendo o aluno conciliar teoria e pratica. Para alcançar nosso objetivo, contextualizamos Angola do ponto de vista histórico quanto a sua extensão geográfica territorial, seu sistema de educação e ensino da física moderna. Em seguida, nos apresentamos a fundamentação teórica e tecnológica relacionada ao experimento proposto; ao princıpio de funcionamento dos diodos emissores de luz (Light Emitter Diode, LED) e da descoberta de materiais semicondutores; a determinação da constante de Planck utilizando a tensão limiar e a frequência de operação do LED; e realizar uma pesquisa na literatura sobre o uso deste tipo de experimento no ensino. As medidas experimentais foram feitas no Laboratório de Ótica e Física Moderna da UNILAB tanto com o nosso protótipo de baixo custo quanto com equipamentos comerciais. Os resultados foram similares. Nós esperamos que nosso experimento de baixo custo possa ajudar no processo de ensino em locais com dificuldade de acesso a equipamentos para aulas práticas e que esta contribuição possa melhorar direta, ou indiretamente, no processo de aprendizado dos alunos.
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Uma proposta didática de ensino de física moderna experimental usando o funcionamento de um sensor de presença e de um relé fotoelétrico
Domingos António Fernandes Vicente
Orientador: Prof. Dr. Aurélio Wildson Teixeira de Noronha
2023
Os experimentos de baixo custo representam uma alternativa à ausência de laboratórios equipados nas escolas da educação básica por serem materiais de fácil obtenção e disponíveis no seu cotidiano podem contribuir na fabricação de experimentos. A Física Moderna é pouco abordada no ensino médio, e os meios tecnológicos funcionam, muito pelos avanços na ciência, e podem contribuir como ferramentas de ensino. e, por exemplo, um dos assuntos da FM é o efeito fotoelétrico, que está presente nas torneiras e portas automáticas dos shoppingse é responsável pelo acionamento automático dos postes de iluminação pública. Este trabalho teve por objetivo contribuir no conhecimento dos alunos das turmas A, B e C do curso de informática e desenvolvimento de sistemas da escola E.E.E.P Adolfo Ferreira De Sousa sobre o Efeito Fotoelétrico (EF) e suas aplicações usando um aparato experimental com o sensor depresença e um sensor de luminosidade. Para isso foram criados dois experimentos de baixos custos ligados aos fenômenos supracitados, o primeiro experimento, estava relacionado ao postede iluminação pública e o segundo experimento foi o sensor de presença. Para verificar os conhecimentos dos alunos sobre os fenômenos foram criados dois formulários eletrônicos (Google Forms), o primeiro foi de caráter prévio e segundo foi aplicado após a apresentação do conteúdo e dos experimentos. Além dos formulários aplicados aos alunos, também foi criado e aplicado um formulário para o professor da escola participante para constatar a importância do ensino da Física por meio da experimentação. Os resultados mostraram que o ensino através da experimentação foi satisfatório e que a explicação do efeito fotoelétrico ficou mais clara, assim como a explicação do funcionamento do sensor de presença como as suas aplicações.
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Formalismo matemático da mecânica quântica: o poder da notação de Brás e Kets
Besna Fernando Ndungue
Prof. Dr. João Philipe Macedo Braga
2023
A notação na Mecânica Quântica é de fundamental importância. E a notação de bras e kets é uma das abordagens matemáticas que pode ser usada para caracterizar a matemática da Mecânica Quântica. Neste trabalho buscamos apresentar esta notação de maneira detalhada e como ela é usada dentro da Mecânica Quântica. Para isso, fizemos a representação matricial de um operador qualquer X e estudamos a questão da medição. Com ajuda da relação da completeza conseguimos fazer a mudança de base, as representações dos estados quânticos e as suas dinâmicas temporais, culminando com a escrita da equação de schro ̈dinger derivada do operador de evolução temporal. Concluímos que trabalhar com a notação de Dirac facilita o cálculo, pois ela reduz drasticamente a extensão do cálculo e pode ser usada para fazer cálculo sem se referir a uma base especifica. Permite ainda aplicação do formalismo da MQ para as situação onde apenas a função de onda espacial não seria suficiente como por exemplo no estudo do spin do elétron. Neste caso, a função de onda não consegue representar o estado quântico do spin, ela nos fornece apenas a probabilidade de encontrar uma partícula numa determinada região do espaço.
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Tecnologias digitais no ensino de física: PhET como recurso de ensino-aprendizagem para o oscilador harmônico simples
Peter Stephen Frota Williams
Orientador: Prof. Dr. Levi Rodrigues Leite
2022
As tecnologias digitais entraram em ascensão após o século XX. Atualmente elas desempenham um papel fundamental na construção coletiva do conhecimento e das relações humanas em quase todo o mundo. Em meio às suas distintas contribuições para a sociedade, as tecnologias digitais também favorecem as práticas docentes, auxiliando na compreensão de conteúdos trabalhados em sala de aula. Este trabalho tem dois objetivos em específico, o primeiro propor o Physics Education Technology – PhET como recurso de ensino – aprendizagem em de Física. O PhET é um projeto educacional constituído de simulações divertidas, gratuitas e interativas sobre as áreas de ciências da natureza e matemática. E como segundo objetivo, explorar o PhET paro o ensino de física, por meio de uma proposta de aula utilizando a simulação “Massas e Molas” na qual explora um oscilador harmônico simples. Neste trabalho foram evidenciados os conteúdos Lei de Hooke e Energia de Conservação, para alcançar esses objetivos essa pesquisa foi baseada em uma metodologia centrada em três etapas: análise de conteúdo, exploração da ferramenta PhET e criação da proposta de aula experimental. A partir desta pesquisa, nota-se como o PhET pode ser útil para o ensino de física facilitando a abordagem do professor e o possivelmente entendimento dos alunos. Além disso, este trabalho fornece para professores um plano de aula sobre o oscilador harmônico simples.
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O papel do físico na radioterapia: trazendo a realidade de Angola
Mauro Jorge Ernesto
Orientadora: Profa. Dra. Cinthia Marques Magalhães Paschoal
2022
A radioterapia é uma área da Física Médica que utiliza a radiação ionizante para tratar certas doenças, como o câncer. O principal objetivo deste tratamento é destruir as células tumorais ou impedir que se multipliquem, sendo utilizadas duas técnicas, nomeadamente a teleterapia (ou radioterapia externa) e a braquiterapia. O físico médico tem papel muito importante na radioterapia, ele é o responsável por planejar o tratamento, facilitar o posicionamento do paciente e garantir a proteção radiológica dos funcionários do serviço de radioterapia. Quanto ao panorama de Angola, existe apenas um centro de referência dedicado ao tratamento e controle do câncer, localizado na província de Luanda. Levando em consideração a importância da radioterapia no tratamento do câncer e o fato de o autor (angolano e formando em Física) ter interesse na área, o presente trabalho visa demonstrar a importância dos físicos médicos na área da radioterapia, algumas das técnicas utilizadas, a finalidade deste tratamento, apresentar a abrangência dos serviços de radioterapia e a capacidade de funcionamento em Angola. Em preparação para este trabalho, foi realizado um levantamento bibliográfico sobre o tema radioterapia, com foco na importância de sua prática para os físicos médicos. Além disso, procuramos obter informação sobre os serviços de radioterapia em Angola. O trabalho propôs-se a apresentar este tema, pouco explorado e conhecido pelos alunos licenciados em física, para mostrar que a Física também contribui para o desenvolvimento de técnicas diagnósticas e terapêuticas em patologia médica.
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Licenciatura em física: desafios à formação acadêmica dos/as estudantes do instituto de ciências exatas e da natureza (ICEN) da universidade da integração internacional da lusofonia afro-brasileira (UNILAB)
José Itamar Lima Nascimento
Orientadora: Prof(a). Dr(a). Mara Rita Duarte de Oliveira
2022
O presente trabalho consiste em um estudo de caso o objetivo central de discutir sobre as principais dificuldades enfrentadas pelos estudantes de Licenciatura em Física para a um bom desempenho acadêmico e conclusão do curso no tempo adequado, trata-se de uma pesquisa de caráter qualitativo e quantitativo realizada mediante a aplicação de dois questionários. O objetivo é compreender quais as dificuldades indicadas pelos estudantes que influenciam diretamente sobre seu desempenho acadêmico levando a reprovações e até mesmo ao abandono do curso de licenciatura em Física do Instituto de Ciências Exatas e da Natureza (ICEN) da Instituto de Ciências da Natureza e Matemática da Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira (UNILAB). Neste sentido, a pesquisa apresentou como objetivos específicos: investigar as condições de permanência e fatores que levam a desistência, reprovação e que de forma direta afetam o desempenho acadêmico dos estudantes nas disciplinas curriculares que compõem o Projeto pedagógico do curso, ainda, como essas condições educativas foram agravadas pela pandemia causada pelo vírus SARS-Cov-2 (COVID19). Os principais autores que embasaram esse estudo foram: BONADIMAN&NONENMACHER (2007), BRANDÃO (2018) DIAS (2021), FERREIRA (2017), GODOY (1995) e FREIRE (1996).Os resultados obtidos indicam vários fatores que contribuem para reprovação ou abandono do curso, entre estes estão a formação precária do ensino médio, a dificuldade em compreender o conteúdo das disciplinas, o cansaço físico e psicológico gerado por longos períodos destinados a estudo, além de outras atividades, e pouco tempo de descanso, dificuldades financeiras, a didática dos professores e dificuldades relacionadas à oferta de disciplinas anuais. Para os estudantes internacionais, existe o acréscimo da dificuldade em compreender expressões coloquiais. Também foi constatado que a maioria das reprovações ocorre nas disciplinas da primeira metade do curso.
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Panorama da utilização dos equipamentos radiológicos em dois hospitais de referência da Guiné-Bissau
Ildo Domingos Ufala
Orientadora: Profa. Dra. Cinthia Marques Magalhães Paschoal
2022
Esse estudo teve como objetivo obter uma visão geral do uso da radiologia em dois hospitais de referência na Guiné-Bissau, com intuito de contribuir com o país nessa área futuramente. Utilizou-se a pesquisa qualitativa como base metodológica deste trabalho, pois se considerou a complexidade do objeto de estudo e o desenvolvimento da investigação, que buscou descrever em detalhes como é a condição de uso das radiações na Guiné-Bissau. Foram aplicados questionários presenciais, impressos do Google Formulários, aos técnicos de radiografia de dois Hospitais de referência em Bissau, trata-se de Hospital Nacional Simão Mendes-HNSM e Hospital Militar-HM. Os equipamentos presentes nos estabelecimentos são raios X fixo, raios X móvel e mamógrafo. No que concerne à situação dos serviços de radiodiagnóstico, os resultados apontam que a Guiné-Bissau não tem norma que regule o funcionamento dos serviços que utilizam radiação ionizante, e nem tão pouco um órgão nacional específico que responda ou fiscalize as questões ou problemas de radiação nos hospitais. No tocante à monitorização, os resultados mostraram que não existe uma proteção radiológica adequada, devido à falta de equipamentos de proteção e de monitorização individual. E por último, conforme os resultados, o controle de qualidade dos equipamentos de raios X nos dois hospitais e cursos de reciclagem dos profissionais precisam ser implementados. Em geral, a visão que se obteve na utilização dos raios X nos referidos hospitais é que não se tem uma radioproteção e nem um uso adequado dos equipamentos. Daí que se recomenda ao governo da Guiné-Bissau uma intervenção emergencial nestes serviços.
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O ensino do efeito fotoéletrico no ensino médio através de experimentos e sua comparação com o efeito fotovoltaico
Gaspar Domingos Luís
Orientadora: Profa. Dra. Cinthia Marques Magalhães Paschoal
2022
A Física Moderna (FM) é pouco abordada no Ensino Médio, porém é muito importante para os avanços tecnológicos dos dias atuais. Um dos assuntos da FM é o efeito fotoelétrico, que está presente nas portas automáticas dos shoppings e é responsável pelo acendimento automático dos postes de iluminação pública, por exemplo. Este trabalho teve por objetivo analisar o conhecimento dos alunos do ensino médio sobre o Efeito Fotoelétrico (EF) e suas aplicações e propor um ensino do EF através da experimentação de baixo custo, fazendo uma comparação com o Efeito Fotovoltaíco. Para isso foram criados dois experimentos de baixos custos ligados aos efeitos supracitados, o primeiro experimento, ligado o EF, estava relacionado ao poste de iluminação pública e o segundo experimento foi o painel solar, relacionado ao efeito fotovoltaico, que teve o intuito de mostrar a diferença entre os dois efeitos. Para obtenção dos conhecimentos dos alunos sobre os fenômenos foram criados dois formulários eletrônicos (Google Forms), o primeiro foi de caráter prévio e segundo foi de solidificação aplicado após a apresentação do conteúdo e dos experimentos. Além dos formulários aplicados aos alunos, também foi criado e aplicado um formulário para os professores das escolas participantes para constatar a importância do ensino da Física por meio da experimentação. Vale realçar que a apresentação dos experimentos foi realizada em três escolas do Estado do Ceará na região do Maciço de Baturité por via remota pela plataforma digital Google Meet por conta do momento de pandemia da COVID-19. Os resultados mostraram que o ensino através da experimentação foi bastante satisfatório e que a explicação do efeito fotoelétrico ficou mais clara, assim como a sua comparação com o efeito fotovoltáico.
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Utilizando a linguagem Python para resolução de problemas de física
Constantino Francisco Vasconcelos
Orientador: Prof. Dr. Levi Rodrigues Leite
2022
Devido à constante evolução das linguagens de programação, é possível sua aplicação para criação de programas que auxiliem no ramo do ensino, especificamente em física. Particularmente, a linguagem Python, que será utilizada neste trabalho, pode ser utilizada na criação de simulações, gráficos e resolução de problemas de física. Python é uma linguagem de programação interpretada e de uso geral que se destacou pela facilidade de programação e versatilidade. O presente trabalho de conclusão de curso (TCC) tem como o objetivo principal resolver cinco problemas de física em Python, sendo dois de mecânica clássica, um de termodinâmica e dois de eletromagnetismo. Para melhor compreensão do conteúdo, os problemas selecionados foram mostrados de duas formas: a primeira forma é analítica, mostrando passo a passo de como resolver o problema e a segunda é de forma numérica em Python permitindo assim que o leitor possa comparar as resoluções, facilitando sua compreensão de como utilizar a linguagem Python.
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Formalismo do operador translação dependente da posição: forças de origem geométricas na mecânica quântica
Antônio Romário do Nascimento Lima
Prof. Dr. João Philipe Macedo Braga
2022
Neste trabalho, apresentamos inicialmente o formalismo matemático da mecânica quântica desenvolvida por Paul Dirac. Neste formalismo, usamos a notação de bras e de kets, no qual os estados quânticos de um sistema, podem agora ser representados por vetores de estado, que para este formalismo correspondem aos kets, que pertencem a um espaço vetorial complexo e abstrato, chamado de espaço dos estados. Nesta abordagem matemática, os kets são vetores de estado não nulos, que contêm todas as informações possíveis acerca do sistema. No formalismo de Dirac, os observáveis físicos são representados por operadores hermitianos, no qual os autovalores correspondem aos possíveis resultados da medida destes observáveis. No espaço euclidiano, uma translação infinitesimal espacial dx, leva a partícula do estado |xi para o estado |x+dxi, no entanto, ao estudarmos o formalismo do operador translação dependente da posição, notamos que uma translação espacial infinitesimal em um espaço não-euclidiano, não levaria necessariamente a partícula do estado |xi para o estado |x+dxi; tudo isso porque, mudou-se a métrica deste espaço. Diante disso, ao associarmos um peso ao espaço de Hilbert, devido justamente generalizarmos nosso espaço à espaços curvos, foi possível redefinir o operador identidade; também foi redefinido o operador translação e até mesmo a equação do tipo Schrödinger se apresentou de uma nova forma. Além disso, foi possível generalizar o Teorema de Ehrenfest, considerando a nova métrica do espaço; a partir disso, estudamos a equação de movimento de uma partícula num espaço deformado. Para isso, associamos uma expansão de Taylor a métrica espacial, derivamos as equações canônicas de Hamilton e verificamos que a equação semelhante à segunda lei de Newton, possuía termos extras com dimensão de força, que por sua vez, foram interpretadas como sendo forças de origem puramente geométricas, devido a métrica do espaço.
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O ensino de física e astronomia no programa residência pedagógica da Unilab
Vitória de Freitas Souza
Orientadora: Profa. Dra. Cinthia Marques Magalhães Paschoal
2021
Este trabalho foi executado na Escola de Ensino Médio Dr. Brunilo Jacó, localizada no município de Redenção, interior do Estado do Ceará, e tem como principal objetivo identificar, a partir do olhar do professor regente e dos estudantes da EEM Brunilo Jacó, os limites e as possibilidades do ensino e Física e Astronomia a partir do Subprojeto Física-Matemática do Programa Residência Pedagógica, em sua primeira edição, realizada entre os anos de 2018 e 2020. Dessa forma, visando obter um feedback de alguns participantes, foram construídos formulários do Google Forms para que os alunos e os professores pudessem expressar suas perspectivas e aprendizados no Programa. Foram obtidos resultados satisfatórios em todos os itens avaliados e percebeu-se que as atividades do curso para a OBA e da oficina de foguetes conseguiram estimular o interesse e a curiosidade dos alunos em aprender mais sobre a Astronomia, contribuindo assim para estimular o interesse dos jovens por essa Ciência; as regências também foram bem avaliadas. Conclui-se que atividades como as que foram desenvolvidas e o PRP são muito importantes para o desenvolvimento do aprendizado tanto do aluno como do residente, pois proporcionam aprendizados que vão além da sala de aula, ajudando a fortalecer o elo entre escola e Universidade.
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Os campos de uma carga pontual em movimento
Veridiano Araújo da Silva
Orientador: Prof. Dr. João Philipe Macedo Braga
2021
O objetivo principal desse trabalho consiste em de maneira didática calcular os campos elétrico e magnético de uma carga pontual em movimento. O problema fundamental do eletromagnetismo consiste em como calcular campos elétrico e magnético gerados por uma distribuição qualquer de cargas e de correntes. Através das equações de Maxwell podemos provar que a luz é uma onda eletromagnética, portanto, ao se variar os campos de uma partícula carregada no tempo, as informações sobre essa variação dos campos elétrico e magnético não são instantâneas. O fato desse comportamento ocorrer está em que a luz demora um certo tempo para viajar de um ponto a outro, de modo que a informação eletromagnética viaja à velocidade da luz. Dessa forma, saber as informações de uma fonte de cargas não nos interessa no momento que a notícia chega, mas sim, seu estado em algum tempo anterior quando a mensagem partiu, esse é chamado de tempo retardado. Para se trabalhar com esses campos de forma mais simples, usa-se o conceito de potenciais, porém, esses potenciais foram reformulados para distribuições de cargas e de correntes dependente do tempo retardado. Com isso, chegamos nas equações para os campos elétrico e magnético conhecidos como equações de Jefimenko. Para o cálculo dos campos de uma carga pontual em movimento, trabalhamos com os potenciais de Liénard-Wiechert, pois, esses são os potenciais para uma carga em movimento. Mesmo com o uso de potenciais, os cálculos ainda são complicados, no entanto, todo esse trabalho segue uma metodologia bem didática para melhor compreensão, com exemplos e alguns apêndices com demonstrações e conceitos importantes para o estudo.
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Física na vida: uma visão de alunos do ensino médio e sua relevância para a aprendizagem
Roberto Xavier de Aquino Neto Segundo
Orientadora: Profa. Dra. Cinthia Marques Magalhães Paschoal
Co-Orientador: Prof. Dr. Elcimar Simão Martins
2021
O presente Trabalho de Conclusão de Curso objetivou refletir, a partir do olhar dos estudantes de ensino médio de duas escolas públicas localizadas no Maciço de Baturité – Ceará, sobre a contextualização como um princípio pedagógico no ensino da Física e compreender como os alunos enxergam a Física em suas vidas. Configurado como um estudo de abordagem qualitativa, o processo investigativo partiu das reflexões sobre a construção e a socialização do conhecimento, através da revisão de literatura, trazendo uma perspectiva histórica, que articula passado e presente para situar os desafios vividos pelos professores que atuam na área de Física para conduzir o processo ensino-aprendizagem, buscando propostas que auxiliem o desenvolvimento do mesmo dentro da temática (Física na vida). Foram definidos como loci de investigação duas escolas públicas estaduais localizadas no Maciço de Baturité e como sujeitos, estudantes de ensino médio das turmas de primeiro, segundo e terceiro ano. A aproximação com a realidade articulou a aplicação de questionário junto aos sujeitos, para acessar a visão dos mesmos acerca dos diálogos estabelecidos entre o ensino de Física, seus contextos de existência e a Física na vida. Com vistas à vivência e à reflexão acerca da contextualização como princípio pedagógico, foram realizadas mesas redondas, cujas temáticas foram a Física na carreira profissional e aplicações de Física, dois vieses da Física na vida, visando um debate qualitativo com os alunos quanto à viabilidade dos mesmos no ensino. A partir do debate gerado nestes eventos foi aplicado um questionário complementar para um melhor estudo, dado o tempo limitado das mesas. Por meio dos dados coletados, foi possível verificar as potencialidades futuras dos alunos e de seus projetos de vida, articulando e materializando elementos propostos pelas competências gerais apresentadas na BNCC. A pesquisa apontou para a relevância da contextualização para um ensino de Física no Ensino Médio mais significativo, pois ao vincular o estudo dos conteúdos da área aos possíveis projetos de vida do aluno caminhou-se em direção à superação de um dos maiores desafios atuais da educação, a motivação do aluno.
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Estrutura fina do átomo de hidrogênio
Midana Baial Sambú
Orientador: Prof. Dr. João Philipe Macedo Braga
2021
O presente trabalho de conclusão de curso tem como objetivo estudar e analisar as energias do átomo de hidrogênio quando é levada em conta dois mecanismos: os efeitos relativísticos e a interação do momento angular orbital com o spin do elétron (acoplamento spin-órbita), mostrar assim a solução do átomo de hidrogênio, devido a essas pequenas perturbações, e como são as linhas espectrais do átomo de hidrogênio fazendo essas pequenas correções nas energias. Mecanismos que não foram levados em conta no átomo de Bohr e também na solução de Schrö dinger para o átomo de hidrogênio. Esses dois modelos foram incapazes de prever uma estrutura fina no espectro de linhas do átomo de hidrogênio. Usamos o método da teoria da perturbação independente de tempo, um método útil para avaliar pequenas perturbações do sistema, para fazer correções nas energias do átomo de hidrogênio. Após as análises constatamos que os dois mecanismos são responsáveis pelo aparecimento da estrutura fina nas linhas espectrais do átomo de hidrogênio, desdobrando os níveis em multipletos de estados com energias ligeiramente diferentes. A equação da energia é determinada por número quântico principal, n, e por j, que carrega número quântico secundário, l, diferentemente dos resultados de Bohr e Schrödinger em que a energia fica totalmente determinada por n
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Estado fundamental de gotículas quânticas dipolares
Maria José de Souza Galvão
Orientador: Prof. Dr. Aristeu Rosendo Pontes Lima
2021
A condensação de Bose-Einstein foi comprovada experimentalmente em 1995. Desde então, o estudo de átomos ultrafrios vem sendo cada vez mais relevante para a física em diversas áreas, especialmente na física da matéria condensada e na teoria quântica de campos. Neste trabalho, inicialmente foi realizada uma abordagem variacional para o caso de um condensado de Bose-Einstein ideal, ou seja, sem a presença de interações entre os átomos. Deste modo, através de um ansatz gaussiano utilizando o funcional de energia de Gross-Pitaevskii, foi obtida a energia de um condensado ideal. Em seguida, foram realizados estudos de condensados dipolares e gotículas quânticas dipolares, um sistema autoligado, originado pela presença das flutuações quânticas e foi feita uma breve revisão teórica e experimental. Em seguida, foram calculadas as contribuições das energias de contato, de interação dipolo-dipolo e de correção quântica, através de uma abordagem variacional, em que foi utilizado o funcional de energia de Gross-Pitaevskii. Posteriormente, foi obtida a energia por partícula, em que foram introduzidas o conceito das variáveis adimensionais adequadas. Por fim, como resultado, foram obtidas as equações que regem as propriedades estáticas das gotículas quânticas dipolares, que caracterizam o mínimo de energia, consequentemente, as condições de equilíbrio do sistema.
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Gases de fermi dipolares
Francisco Lucas Santos Oliveira
Orientador: Prof. Dr. Aristeu Rosendo Pontes Lima
2021
Recentemente, os gases de Fermi ultrafrios têm sido alvo de intensos estudos, principalmente quanto às suas propriedades em temperatura zero. Na ausência de interações ou na presença de interações isotrópicas, a superfície de Fermi é esférica. Uma interação anisotrópica, porém, pode causar a deformação dessa superfície. Por exemplo, com interação do tipo dipolo-dipolo entre as partículas, a superfície assume uma forma de um elipsóide, uma vez que tende a minimizar a energia do sistema ao se alongar na direção de polarização dos dipolos. Diante disso, o objetivo do trabalho é fazer uma revisão teórica dos gases de Fermi dipolares e suas propriedades estáticas considerando a orientação dos dipolos ao longo do eixo z. De início, estudamos as características de um gás de Fermi ideal homogêneo e, depois, consideramos um gás de Fermi ideal preso por um potencial harmônico. No caso homogêneo, obtivemos a densidade de estados, além da energia interna e da pressão, estas últimas em T = 0. Já no caso harmônico, estudamos a densidade de estados, a densidade espacial e a distribuição de momento. Em seguida, antes de incluir a interação de dipolo-dipolo entre as partículas, apresentamos o experimento que possibilitou a observação da deformação da superfície de Fermi. Posteriormente, por meio de um ansatz apropriado para a função de Wigner, estudamos um gás de Fermi dipolar em uma armadilha triaxial e calculamos a energia total, obtendo as equações estáticas do sistema, que governam os parâmetros variacionais no equilíbrio. Por fim, introduzimos um sistema adequado de coordenadas adimensionais e estudamos um gás de Fermi interagente em uma armadilha cilíndrica e suas equações estáticas.
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Princípio da incerteza estendido a partir dos primeiros princípios
Abmael Rodrigues de Oliveira
Orientador: Prof. Dr. João Philipe Macedo Braga
2021
Neste trabalho, inicialmente apresentamos o formalismo da mecânica Quântica tradicional usando a notação de Dirac de bras e kets. Dirac definiu um estado de uma partícula como sendo descrito por um ket. Os observáveis físicos são representados por operadores, seus autovalores representam os possíveis resultados de uma medida desse observável. Em um espaço euclidiano, uma translação infinitesimal dx, necessariamente leva uma partícula da posição x para x+dx, a partir disso, define-se o operador translação em termos do operador momentum, encontrando a relação de comutação entre os operadores posição e momentum, e consequentemente, o princípio da incerteza de Heisenberg. Na sequência, estudamos o formalismo da Mecânica Quântica Não Aditiva (MQNA), uma teoria desenvolvida a partir de primeiros princípios que busca entender os efeitos da métrica do espaço na teoria quântica. Em espaços não-euclidianos, uma translação infinitesimal dx, não necessariamente leva uma partícula da posição x para x+dx. Assim, através de uma redefinição do operador translação, obtem-se novas relações de comutação deformada entre os operadores posição e momentum, dando origem a uma incerteza mínima diferente de zero no momentum. Por fim, utilizando uma equação tipo Schrödinger, resolvemos o problema da partícula livre para um espaço curvo com uma métrica específica, onde obtemos que a energia é quantizada.
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Estudo da influência das bordas no espectro de fitas de LIEB
Emília de Sousa Uchôa
Orientadora: Profa. Dra. Silvia Helena Roberto de Sena
2020
Desde o isolamento do grafeno em 2004, a comunidade acadêmica tem se empenhado bastante na investigação de materiais bidimensionais (2D). Sabe-se que a geometria da rede cristalina é um fator chave para sua estrutura de bandas eletrônica. Isso levou à investigação teórica de possíveis cristais projetados com geometrias que levassem às propriedades físicas desejadas. Nesse contexto, a rede de Lieb, uma estrutura 2D quadrada de borda centrada, não existente em materiais conhecidos, mas que pode ser projetada, apresenta bandas de energia exóticas. Sua estrutura de bandas eletrônica é caracterizada por duas bandas formando um cone de Dirac e uma terceira banda plana. Como o estudo do espectro eletrônico é fundamental para a compreensão das propriedades físicas de um sistema, o método Tight-Binding foi aplicado para obter o espectro de energia da rede infinita de Lieb, comparando os resultados com a aproximação contínua para o regime de baixas energias. Os efeitos de tamanho finito no espectro eletrônico também foram investigados através do estudo de fitas com três tipos diferentes de bordas: retas, barbadas e assimétricas. Os resultados mostram que os modos planos persistem, mas o cone de Dirac é removido e um gap aparece no espectro para fitas com bordas barbadas e assimétricas.
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Panorama da utilização dos equipamentos radiológicos em dois hospitais de referência da Guiné-Bissau
Ildo Domingos Ufala
Orientadora: Profa. Dra. Cinthia Marques Magalhães Paschoal
2020
A descoberta dos raios que intervém no tratamento humano impactou a medicina e o mundo, fazendo surgir técnicas que usam os raios X. No século XX, tornou um método fundamental para diagnóstico médico. Contudo, existem estudos sobre os raios X, que mostram a necessidade de se preocupar com a dose segura para profissionais e pacientes, razões que levou a criação das medidas de segurança no uso do radiodiagnóstico em diversos países. Esse estudo teve como objetivo obter uma visão geral do uso da radiologia em dois hospitais de referência na Guiné-Bissau, com intuito de contribuir com o país nessa área futuramente. Utilizou-se a pesquisa qualitativa como base metodológica deste trabalho, pois se considerou a complexidade do objeto de estudo e o desenvolvimento da investigação, que buscou descrever em detalhes como é a condição de uso das radiações na Guiné-Bissau. Foram aplicados questionários presenciais, impressos do Google Formulários, aos técnicos de radiografia de dois Hospitais de referência em Bissau, trata-se de Hospital Nacional Simão Mendes-HNSM e Hospital Militar-HM. Os equipamentos presentes nos estabelecimentos são raios X fixo, raios X móvel e mamógrafo. No que concerne à situação dos serviços de radiodiagnóstico, os resultados apontam que a Guiné-Bissau não tem norma que regule o funcionamento dos serviços que utilizam radiação ionizante, e nem tão pouco um órgão nacional específico que responda ou fiscalize as questões ou problemas de radiação nos hospitais. No tocante à monitorização, os resultados mostraram que não existe uma proteção radiológica adequada, devido à falta de equipamentos de proteção e de monitorização individual. E por último, conforme os resultados, o controle de qualidade dos equipamentos de raios X nos dois hospitais e cursos de reciclagem dos profissionais precisam ser implementados. Em geral, a visão que se obteve na utilização dos raios X nos referidos hospitais é que não se tem uma radioproteção e nem um uso adequado dos equipamentos. Daí que se recomenda ao governo da Guiné-Bissau uma intervenção emergencial nestes serviços.
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Abordagem Variacional às Gotículas Quânticas Dipolares
Francisco Mateus Alves Guimarães
Orientadora: Profa. Dra. Silvia Helena Roberto de Sena
2020
Neste trabalho, partimos de uma abordagem variacional para se entender os conceitos básicos requeridos para a aplicação da teoria de Gross-Pitaevskii. Adotamos um ansatz gaussiano para a forma da função de onda e fizemos uso desta para chegar a energia de um condensado de Bose-Einstein ideal. Um ansatz gaussiano também é ultilizado considerando a estrutura de um condensado na presença de interações de contato entre as partículas e fazemos um comparativo com o resultado obtido da solução de Thomas-Fermi. Após o estudo inicial sobre condensado de Bose-Einstein, passamos a levar em consideração os efeitos da interação dipolar entre os bósons que constituem o gás. Assim, calculamos a contribuição da energia devida à interação de dipolo-dipolo no condensado de Bose-Einstein por meio da transformada de Fourier. Feito isso, estudamos a partir de uma abordagem variacional o condensado dipolar, onde novamente fizemos o uso de um ansatz gaussiano para a forma da função de onda e um ansatz harmônico para a fase da função de onda do condensado. Assim, derivamos as equações de movimento para os parâmetros variacionais do condensado dipolar, partindo do princípio da mínima ação. Logo após, adentramos no contexto das gotículas quânticas dipolares, e calculamos a contribuição da energia fornecida pela presença das flutuações quânticas, mecanismo utilizado para explicar teoricamente a formação desses sistemas autoligados conhecidos como goltículas quânticas. Por fim, obtemos as equações de movimento generalizadas para os parâmetros variacionais relacionado com o comprimento da nuvem, onde agora é levada em conta a física além de campo médio, devido as flutuações quânticas.
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Um caminho alternativo para o som como ferramenta de ensino das ondas sonoras para surdos
Cristiano da Silva Batista
Orientadora: Profa. Dra. Cinthia Marques Magalhães Paschoal
2020
O aprendizado de Física apresenta desafios para muitos alunos do Ensino Médio e, quando neste processo estão envolvidos alunos com algum tipo de deficiência, os obstáculos podem ser maiores, sendo necessários estímulos diversos para facilitar a aprendizagem. Este trabalho, que possui uma abordagem qualitaviva, refere-se ao ensino do som para alunos com deficiência auditiva através de um experimento, conhecido como disco que toca no crânio, que possibilita a percepção sonora por meio da vibração dos ossos faciais. O objetivo principal foi de auxiliar a compreensão desse conteúdo para alunos surdos. Além do experimento, são apresentadas duas abordagens distintas do ensino de ondas sonoras para dois grupos de alunos com deficiência auditiva. Os resultados mostraram que o experimento proporcionou um caminho sonoro alternativo para a maior parte dos estudantes, permitindo que percebessem o som de uma música e tivessem momentos de muita surpresa e entusiasmo, e que uma abordagem mais interativa e próxima da realidade é muito importante para a aprendizagem de alunos com deficiência auditiva.
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Dedução das leis dos gases ideais partindo da equação de Schrödinger
Rogerlandio Francisco da Costa
Orientador: Prof. Dr. Levi Rodrigues Leite
2019
A Mecânica Quântica e a Termodinâmica são áreas de grande importância para a Física. Nas tradicionais abordagens em sala de aula destas duas áreas, nota-se uma mínima ou até nula conexão entre ambas, o que leva o discente a se perguntar se são áreas independentes entre si e, não sendo, aonde podem se encontrar. Partiremos da mais famosa equação da mecânica quântica, a equação de Schrödinger, e deduziremos a partir dela a lei do gases ideais, equação clássica da termodinâmica. Desta forma, partindo de uma análise inicialmente microscópica para velocidades não relativísticas obteremos uma equação em termos de grandezas macroscópicas. Desta forma, este trabalho de conclusão de curso tem como objetivo mostrar, a nível de graduação, um exemplo simples que pode ser abordado em sala de aula para ilustrar uma conexão entre estas duas áreas da física.
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Gotículas quânticas dipolares com orientação arbitrária
José Fernandes de Oliveira Neto
Orientador: Prof. Dr. Aristeu Rosendo Pontes Lima
2019
Investigamos a física de gotículas quânticas dipolares e propomos, ao final, um modelo variacional baseado na puperposição de dois ansatz gaussianos para a recente observação experimental de striped states nesses sistemas. Estas soluções em stripes têm atraído a atenção da comunidade científica graças ao seu potencial em manifestar efeitos de supersólidos, mas não possuem ainda um modelo teórico analítico que reproduza precisamente os seus resultados. Em experimento, estes sistemas têm se mostrado serem uma influência da orientação do campo magnético externo e da geometria da armadilha de confinamento. Ambas as características estão presentes em nosso modelo.
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Transporte eletrônico em sistemas bidimensionais anisotrópicos
Ismael de Graça Albuquerque
Orientadora: Profa. Dra. Silvia Helena Roberto de Sena
2019
Anisotropia está presente em vários sistemas e, dependendo dos materiais com os quais estamos lidando, tal característica pode ter influência em propriedades fundamentais, tais como massa efetiva, velocidade de grupo e níveis de energia em nanoestruturas, o que por sua vez se manifestam nas propriedades óptico-eletrônicas de tais materiais. O presente trabalho tem como objetivo principal investigar como a anisotropia da dispersão eletrônica afeta as propriedades de transporte eletrônico de um material bidimensional. Para estudar este problema, usamos a teoria da massa efetiva para resolver a versão anisotrópica bidimensional (2D) da equação de Schrodinger e analisar a dependência angular, ou direcional, da transmissão eletrônica através de uma barreira quadrada de potencial arbitrariamente orientada. Como consequência da anisotropia, descobrimos que a direção de propagação dada pela velocidade de grupo não coincide com a direção do vetor de onda, levando a uma nova definição da corrente de probabilidade, que retorna à convencional quando removemos a anisotropia. Posteriormente calculamos o espectro de energia para uma super-rede gerada por uma sequência de barreiras quadradas de potencial e observamos que a largura das bandas de energia varia com a orientação da super-rede. Em seguida, utilizamos o método da matriz de transferência para investigar analiticamente a transmissão eletrônica através de barreiras duplas, tendo, logo após, desenvolvido a aplicação númerica do mesmo método para obtenção das bandas de transmissão para o caso de múltiplas barreiras. Vale mencionar que para obtenção de todos os resultados numéricos utilizamos os dados das massas eletrônicas efetivas do fosforeno nas direções armchair, tomada ao longo do eixo x, e zigzag, ao longo do eixo y.
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Eletrostática em sistemas coloidais carregados
Karla Bianca Soares Xavier
Orientador: Prof. Dr. João Philipe Macedo Braga
2019
A teoria eletromagnética é uma das mais belas e consistentes teorias da Física, pois unifica ramos distintos provando que há uma relação entre eles, os quais são eletricidade, magnetismo, galvanismo e ótica. O estudodo eletromagnetismo se dá desde o ensino médio até cursos de graduação e pós-graduação em Física e áreas afins. Nestees tudo, a eletrostática no vácuo é o primeiro assunto abordado e a partir de la se desenvolve toda a teoria eletromagnética. Neste trabalho é apresentado o estudo da eletrostática aplicada a sistemas coloidais com o intuito de fornecer um material de apoio que vai além do que é explicitado nos livros-textos. São derivadas expressões para Força, Campo e Potencial Elétrico para distribuições discretas e contínuas de cargas presentes e mum meio coloidal. Além disso, é derivada uma equação equivalente à Lei de Gaus que possibilita a resolução de problemas que apresentam simetria. Por fim, são resolvidos alguns problemas clássicos da eletrostática modificados pela presença de coloides.
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