Tecendo a teia com a Física Quântica

Mapas e redes conceituais

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  A partir de uma temática de livre escolha, elaborar uma rede conceitual tecida pela Física Quântica. Tal é o contexto das representações e textos aqui expostos, elaborados por licenciandos do IFSP participantes das oficinas de projetos de ensino do IFSP envolvendo a temática da textura de redes com a Física Quântica.
  

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  PE3 - 2013_01

  Apresentam-se abaixo representações gráficas e textos elaborados por licenciandos participantes da Oficina de Projetos de Ensino III desenvolvida no 1º semestre de 2013.

  Ederson Perucini

   

  

  O tema “átomo de Bohr” apresenta links de conexão com outras áreas do conhecimento, tais como a Química, Física e Biologia (Ciências da Natureza), além das diversas aplicações no nosso cotidiano.

  No ramo da Química, os fogos de artifícios produzem cores brilhantes provenientes dos saltos quânticos dos elétrons que produzem ondas eletromagnéticas (Luz). As cores diferentes devem-se à presença de diferentes elementos, de forma similar ao que ocorre quando são submetidos a um teste de chama. Um impacto ambiental que tem preocupado muito os ambientalistas é chamado de aquecimento global. Devido ao aumento da concentração de CO₂ na atmosfera, que por ser opaco, retém a radiação ultravioleta e as emite na superfície terrestre, elevando a temperatura média do planeta.

  No ramo da Física, o funcionamento de diversas lâmpadas pode ser explicado pelo modelo atômico de Bohr. Vejamos alguns exemplos:

  Na iluminação pública é utilizada lâmpadas de vapor de sódio, constituída de fótons com determinados quanta de energia, que ao serem aquecidos emitem luz de coloração amarelada, resultante dos saltos quânticos dos elétrons. A iluminação residencial e industrial é formada por lâmpadas incandescentes que emitem luz de coloração vermelha/amarelada proveniente da excitação dos átomos de tungstênio através da passagem da corrente elétrica pelo seu filamento. Entretanto, as lâmpadas fluorescentes possuem as mesmas aplicações das lâmpadas incandescente, porém, a passagem da corrente elétrica gerada nos eletrodos, produz a ionização do gás mercúrio(Hg), que emite radiação ultravioleta absorvida pela substância fosforescente presente nos seus tubos, que converte a radiação ultravioleta em luz visível de coloração branca. A iluminação de shows é composta por lâmpadas a laser que emitem luz de coloração vermelha, devido a passagem de corrente elétrica pelos tubos, ocasionando na colisão de elétrons com a mistura (Ne/Hg).Em seguida, o gás Hg é ionizado, acarretando em novas colisões de elétrons que ionizará o gás Ne, resultando numa reação em cadeia que produzirá feixes de luz coerentes.    

  No ramo da Biologia, os saltos quânticos acontecem nas macromoléculas presentes nas plantas e algas que realizam a fotossíntese pela absorção de energia proveniente da radiação solar. Outra situação que está presente na vida das pessoas é o bronzeamento natural. Esse efeito consiste na incidência da radiação ultravioleta sobre os tecidos epiteliais  do corpo, provocando a liberação da melanina, que irá absorver essa radiação, resultando no escurecimento da pele.

  O conceito do “átomo de Bohr” está relacionado com a compreensão e análise de certas propriedades que permitem revelar a estrutura de materiais. O vidro é transparente, pois sua estrutura permite a passagem de ondas eletromagnéticas na faixa da luz visível por elas. Porém, os metais são opacos à luz visível, por terem na sua estrutura elétrons livres que ao absorverem tais ondas eletromagnéticas, em seguida, as refletem para o ambiente de onde vieram.

  Nesse contexto, é interessante notar a nova perspectiva que nascia para a Física:

   

   

   

  A idéia de “Grãos de Energia” trazia um novo panorama na interpretação de fenômenos decorrentes das radiações, que puseram em dúvida teorias antes consideradas definitivas.

  Quando um feixe de luz solar atravessa um prisma, a luz branca se dispersa por sofrer refração, produzindo as diferentes cores do arco-íris que nos revelava o que seria chamado de espectro solar. (Canato Jr, 2010, capítulo2.)

   

  No ramo da Metalurgia, Planck mostrou que nas medições da temperatura de fornos a partir do espectro de luz que vinha do seu interior, havia uma relação entre temperatura e cor luz. Entretanto, Planck não solucionou o problema da falta de uma teoria que explicasse a medição.

  O espectro descontínuo emitido por gases aquecidos era um mistério que intrigava muitos cientistas. Portanto, como cada substância tinha o seu espectro descontinuo que a caracterizavam ao emitir radiação eletromagnética, as linhas espectrais formadas nos espectros eram usadas na identificação de elementos químicos em compostos pela técnica da espectroscopia utilizada na área da astronomia.

  Eric Bernardo

   

  

  O mapa conceitual acima coloca o fenômeno de espectroscopia no centro como  tópico principal e tenta fechar uma rede de disciplinas e conhecimentos que tem como base a idéia de espectroscopia e algumas de suas aplicações.

  Diretamente acima da palavra central está a ciência química e os links descrevem a forma como a espectroscopia se relaciona com essa ciência. Um dos links trata da identificação de substâncias que é um processo muito comum utilizado em laboratórios e indústrias para se descobrir os componentes químicos de uma substância quando esta é iluminada com luz de frequência bem definida. Outro link com a química é o de ciência dos materiais que utiliza um procedimento parecido, mas, neste caso, são identificados os comprimentos de onda dos elementos envolvidos por questão de conveniência  e, através disso, é possível descobrir a “identidade” dos elementos presentes nesses materiais. Na mesma linha de raciocínio, é possível se descobrir elementos químicos, pois os comprimentos de onda presentes no espectrômetro funcionam como uma impressão digital do elemento. Ainda na química, há o link para carbonos e diamantes, muito úteis na fabricação de ferramentas, por exemplo.

  A química também se liga à indústria com uma aplicação direta na fabricação de lâmpadas a base de xenônio que, como todos sabem, é um gás e, portanto, um elemento químico com uma característica própria que pode ser melhor entendido através da espectroscopia. Já a indústria se conecta à espectroscopia através do link de detector piroelétrico que é muito útil para prevenir incêndios e funciona a partir do aumento repentino de temperatura num ambiente fechado. Outra aplicação se dá pelo fotodiodo que tem uma forma de trabalhar parecida com a do detector piroelétrico, mas aqui o funcionamento se deve a luminosidade do ambiente e não pela temperatura.

  A indústria também se relaciona com a física com algumas aplicações bem simples, sendo a espectroscopia comum a ambos. As lâmpadas incandescentes são objetos industrializados que emitem luz com comprimentos de onda e freqüências na região do visível. Já as lâmpadas de mercúrio funcionam da mesma forma que as lâmpadas de xenônio,  também emitindo luz em comprimentos de onda e freqüências na região do visível. Por fim há o laser que emite uma luz com comprimento de ondas e freqüência bem específicas de forma coerente através de uma associação de espelhos.

  Em seguida, temos a descrição da relação da espectroscopia com a ciência física, elaborada neste mapa com base em sua construção histórica. Newton foi um dos primeiros, ou talvez o primeiro homem, a observar uma luz branca atravessar um prisma e se dividir em cores formando o espectro do visível. Como Newton não entendia a luz como onda e, sim, como partículas, pois havia desenvolvido ideias mecânicas para explicar os fenômenos ao seu redor, não percebeu que a mesma possui comprimentos de onda e frequências que podem ser observados no espectrômetro e, a partir disso, obtém-se os níveis de energia para os comprimentos de onda. Isto foi muito útil para a formulação da teoria do Átomo de Bohr que descreve os níveis de energia de um átomo através da quantização de energia dos estados quânticos permitidos. Nos semicondutores é utilizada para identificar suas estruturas de bandas.

  A física ainda se conecta à astronomia pelo link da cosmologia e ambos estão ligados à espectroscopia, utilizada para detectar a composição química de nebulosas, estrelas, planetas e demais astros celestes existentes no universo. Outra utilização comum é a detecção de partículas e radiações cósmicas pela espectroscopia.

  A astronomia também pode se ligar à biologia por meio da astrobiologia que utiliza a espectroscopia para se determinar os elementos químicos presentes num determinado planeta. Se nele existir certa quantidade de átomos de carbono, por exemplo, pode-se prever a existência de vida ou, se forem encontradas moléculas de H₂O, significa que há água no planeta em questão e onde há água, é provável que exista vida. Seguindo por esse caminho, a biologia e a espectroscopia se conectam através das biociências, em que a identificação de microorganismos ea consequente caracterização de bactérias ganha importância .

  As geociências também se utilizam da espectroscopia para obter os seus componentes químicos e descobrir até mesmo a data em que uma rocha se formou. Isso pode ser feito tanto para rochas terrestres quanto para extraterrestres. Além disso, a biologia também se liga à bioquímica através da biologia molecular que utiliza a espectroscopia para medir a quantidade de moléculas com as mesmas massas. Por fim, chegamos à relação da bioquímica com a espectroscopia que é utilizada na fabricação de aparelhos da ordem de nanômetros pelas estruturas cristalográficas, da mesma forma, esse procedimento também é muito útil para a sintetização de novas drogas para a indústria farmacêutica.

  Agora serão discutidos os novos links que vieram a ser introduzidos ao mapa posteriormente. Começando com metalurgia que se conecta à indústria e é muito útil para se estudar a temperatura e resistência de materiais, em seguida há a energia nuclear que se relaciona com a física e, através da espectroscopia, é possível detectar o valor da energia de uma determinada radiação e descobrir o elemento que criou essa fonte e os tipos de decaimento sofridos. Há também a óptica que usa a espectroscopia para explicar as cores dos arco-íris e as auroras, do lado esquerdo do mapa, o link da refração também serve para explicar o arco-íris e as auroras como já é de se esperar, pois a refração é uma área de estudos pertencente à óptica, mas a refração também se relaciona com a astronomia que ajuda a descobrir a posição exata de um determinado astro e sua temperatura.

  Pouco abaixo no mapa há a ligação da espectroscopia com a astronomia e com a física por meio do espectro solar que também serve para se identificar temperaturas e componentes químicos do sol e até o seu tempo de existência. Essa técnica também pode ser aplicada para nebulosas e demais componentes do universo proporcionando um conhecimento mais amplo do cosmos. Em seguida há Planck, nome do cientista que identificou a radiação de corpo negro dos corpos quentes associada a sua energia. Planck está diretamente relacionado a espectroscopia, radiação de corpo negro e a física por tornar possível a identificação da temperatura, frequências e outras grandezas físicas por meio do aquecimento de materiais que chegam a temperaturas tão elevadas que podem ser entendidos como corpos negros que ao irradiarem calor produzem um espectro que permite identificar as grandezas já mencionadas. Isso nos leva à termodinâmica que é a parte da física que estuda o calor e as temperaturas provenientes da matéria fornecendo um espectro que permite obter informações mais precisas dos fenômenos observados e as propriedades dos materiais estudados. A radiação de corpo negro ainda se liga à astronomia através das estrelas que podem ser entendidas como corpos negros por irradiarem calor a altas temperaturas.

  Assim como as estrelas, o Sol que também é uma estrela tem o mesmo comportamento e também se relaciona à espectroscopia e a radiação de corpo negro, mas este astro tem vital importância para a biologia por ser responsável pela existência de vida no planeta Terra, justificando, assim sua ligação com a astronomia, espectroscopia e biologia produzindo uma radiação solar que será captada por diversos seres vivos do Planeta, dentre eles as plantas que não poderiam existir se não fosse pela existência do Sol e sua radiação solar que permite a realização da fotossíntese que recebe essa radiação solar e obtém energia para sua manutenção e libera oxigênio no ambiente permitindo que o ciclo da vida se perpetue.

  Fabiana Gozze Soares

   

  O mapa acima foi pensado no conteúdo dos três primeiros anos do Ensino Médio.

  As relações entre os assuntos tenta abordar o conteúdo escolhido dentro da sala de aula em uma escola do Estado, mais precisamente, na escola estagiada.

  Inicialmente, o mapa foi feito pensando no que seria o recorte a ser utilizado no preparo da sequência didática para uma turma do terceiro ano.

  Para separar as áreas da física e as de conhecimento, foram utilizadas cores distintas, e será a partir delas que faremos a descrição, explicação e justificação de cada escolha.

  Começaremos a descrever a área escrita em preto onde podemos ver Eletricidade, que é seguida por: processos de eletrização que geram um campo elétrico, e este por sua vez tendo um fluxo gera uma corrente elétrica que passam por  circuitos elétricos, assim como, possuem tensão elétrica que é responsável por manter geradores elétricos e pilhas funcionando. Estes, por sua vez possuem resistência elétrica, voltagem,  que são encontrados nos aparelhos elétricos- potência elétrica. Os assuntos seguintes dizem respeito ao recorte: eletromiografia que em seu funcionamento ocorre a corrente elétrica e voltagem; sensores, que respondem a sinais elétricos; esporte, que se valem dessa tecnologia para aperfeiçoamento de atletas de alto rendimento; kung fu, como esporte escolhido que se utiliza dessa tecnologia.

  Em seguida temos, os conteúdos em vermelho, que se tratam do estudo dos fenômenos eletromagnéticos: magnetismo que gera um campo magnético (relacionado com a eletromiografia que também de vale no seu funcionamento de um campo magnético gerado,assim como, um campo elétrico), força eletromotriz que produzem corrente elétrica e pode ser explicada pelas leis de Lenz e Faraday, tal como as ondas eletromagnéticas, indução magnética e motores elétricos.

  Depois temos o que seria visto em física nuclear: Forças fundamentais ( ligadas a Magnetismo e Gravitação) pensando no modo de explicação análogo existente entre as principais equações desses dois ramos distintos da física. Estudo do átomos,  e uma tecnologia advinda do estudo do mundo pequeno: a nanotecnologia. Cargas elétricas (ligada a processos de eletrização). Uma vez que se pensa nas cargas de um átomo, também é pensado sobre o núcleo atômico, o que pode acontecer dentro dele e com determinados elementos, tais como a  radioatividade e  reações nucleares, que podem ser estudadas em conjunto com a disciplina de química, se pensarmos nas reações químicas. Estas duas reações fazem parte dos reatores e da produção de  armas bélicas, que são estudadas e discutidas nas disciplinas de História e Geografia ( pensando nas discussões históricas e políticas decorrentes do uso da física na área nuclear). Essa parte diz respeito ao conteúdo do terceiro ano.

  Na sequência temos, o que está em verde: Gravitação ( ligado as forças fundamentais, pensando na força gravitacional), Leis de Newton, Lei fundamental dos movimentos (impulso, queda livre e quantidade de movimento), forças e interações, estática, estática dos fluidos, energia e trabalho. Esta parte corresponde ao primeiro ano.

  Como conteúdos do segundo ano temos em roxo: Variação de temperatura (ligada a energia que está ligada a luz), variação de temperatura, calor, mudança de estado físico da matéria, dilatação dos líquidos, gases e sólidos, motor mecânico, máquinas térmicas; luz (ligada a ondas por poder ser comportar como tal, e ondas ligas a ondas eletromagnéticas, que é um tipo de onda), Estudo sobre a luz ( que abrange toda a parte de óptica geométrica), visão (estudo do olho humano relacionando com a física), corpo humano( ligado a esporte) e Biologia.

  Guilherme Branger

   

  O tema central do mapa é radiações que está ligado em três frentes: a) a seus tipos, com relação à sua freqüência; b) algumas aplicações diretas aos dos seus comportamentos com relação à matéria e suas propriedades físicas e c) que é o campo de espectro eletromagnético que é o conjunto de radiações. Nesse texto irei explicar o mapa conceitual numerando as ligações diretas com o tema central e indo, linearmente, explicando as ligações subsequentes, começando com os tipos de radiação:

  1)    Ligação com Luz visível: Luz visível é um tipo de radiação e está ligada à ótica que é a ciência que a estuda diretamente. Está ligada ao espectro de cores, que é a classificação de frequência da luz visível observada no fenômeno do arco-íris;

  2)    Ligação com Ondas de Rádio: está ligada com suas principais aplicações, como a transmissão via satélite e as antenas de transmissão na Terra que são utilizadas na conexão bluetooth, nas rádio am/fm e na telefonia (celular, ou sem fio);

  3)    Ligação com Microondas: está ligada às suas principais aplicações, como o forno de micro-ondas e à comunicação de baixa distância, como por exemplo, o rádio, “walkie-talkie”;

  4)    Ligação com Infravermelho: está ligada à sua definição, que é calor, e tem aplicação em sensores de calor, e em massageadores;

  5)    Ligação com Ultravioleta: está ligada com a importância deste tipo de radiação para a síntese de vitamina D e com a causa de câncer de pele em caso de grande exposição por conta da ionização das células, ambas as ligações secundárias são ligadas diretamente com a biologia.

  6)    Ligação com raio x: a primeira ligação explica que o raio x é prejudicial a saúde, podendo causar câncer por conta da ionização das células. Porém a outra ligação mostra que o raio x é importante no uso de diagnósticos tanto pelo exame de “raio x” quanto pela tomografia, ligados, ambos, à medicina;

  7)    Ligação com raio gama: é produzido em decaimentos nucleares em núcleos com radiativos, que decaem em três tipos: alfa, beta (+ ou -) e gama, que é o raio gama. A aplicação direta é a cintilografica, exame de diagnóstico, ligado à medicina. A última ligação é que o raio gama é é prejudicial a saúde, podendo causar câncer por conta da ionização das células.

  Terminadas as ligações com os tipos de radiação, podemos listar as ligações com relação à propriedades e comportamento:

  1)    Ligação com “campo elétrico” e “campo magnético”: Faz lembrar que as radiações são oscilações ordenadas do campo elétrico e magnético, estudados na parte da física denominada eletromagnetismo.

  2)    Ligação com partícula: refere-se ao comportamento da radiação  como partícula, o fóton de existência primeiramente proposta  quando da explicação de Einstein para o efeito fotoelétrico, fenômeno pelo qual a luz de frequência suficientemente alta incide sob um metal e arranca um de seus elétrons.

  3)    Ligação com “onda”, “comprimento de onda” e “frequência”: relaciona-se ao comportamento ondulatório da radiação que, como toda onda, possui  comprimento de onda e frequência. Frequência se liga com o efeito fotoelétrico, pois sua ocorrência depende da frequência da radiação envolvida.

  “Onda” está, por um lado, ligada com os tipos de ondas possíveis ( mecânicas e eletromagnéticas) e, por outro lado, às “equações de onda”, que podem ser contextualizadas no campo da Física clássica (estudada pela área da física denominada ondulatória) ou no campo da Física Quântica por meio da Equação de Schödinger que estuda modelos quânticos de funções de ondas.

  E por último, a ligação que classifica as radiações:

  Ligação com espectro eletromagnético: É o conjunto dos tipos de onda com relação da frequência, ou comprimento de onda. A espectrometria estuda o espectro. Uma implicação imediata é a radiação de corpo negro, que foi o problema que gerou toda a teoria quântica. Algumas destas aplicações estão nas lâmpadas e seus espectros discretos, no teste de chama, na química e em composição de corpos, na astronomia e cosmologia.

  Gustavo Ribeiro Araújo

   

  A supercondutividade é uma parte da física que abrange diversos outros conceitos.

  O mapa conceitual apresentado contem uma subdivisão desse assunto em três grandes partes: O Magnetismo, A Eletricidade e a Termodinâmica. A partir dessas três partes, o mapa conceitual se desdobra de tal maneira que outras disciplinas acabam sendo envolvidas (Ex: Química, história, sociologia, etc). Cada disciplina ou assunto interdisciplinar está representado com uma coloração ROSA.

  Cada um desses três assuntos e suas desmembrações mais próximas está representado por cores. Roxo para o magnetismo, amarelo para a eletricidade e vermelho para a termodinâmica.

  Começando pela Eletricidade, os primeiros assuntos relacionados com supercondutores são os condutores (resistências baixas) e os isolantes (resistências altas). Com o assunto de condutividade e resistividade, ou seja, facilidade da passagem de corrente elétrica, surge um novo tema, a corrente elétrica que, por sua vez, remete ao conceito de carga elétrica, lembrando que a corrente é a carga elétrica que passa em um fio condutor, por exemplo, em um determinado intervalo de tempo.

  A partir da carga elétrica, o mapa se ramifica em duas partes, com uma delas sendo as partículas subatômicas exemplificadas com elétrons, prótons e nêutrons. A ligação entre estes tópicos se faz através do modelo atômico de Bohr e por consequência o efeito fotoelétrico, onde fótons com determinada energia (hf) incidem em elétrons e os arrancam do átomo Já a outra parte dessa divisão contém os conceitos de campo, força, potencial e energia elétrica. Ligado à energia, uma discussão sobre a geração de energia pode ser realizada envolvendo usinas hidrelétrica, eólicas, termoelétricas e nucleares. Para cada uma delas pode-se discutir suas consequências para a natureza (geografia, sociologia), riscos de acidentes nucleares, bombas nucleares, o que remete a guerra mundial (história).

   

   Em segundo lugar exploremos o magnetismo (roxo). Os supercondutores podem ser classificados em dois tipos, I (exclusão total das linhas de campo magnético) ou II (exclusão parcial das linhas de campo magnético). Isso leva ao conceito de campo magnético (B). Essa exclusão do B é chamado de efeito Meissner. O B pode ser exemplificado pelo campo magnético da Terra. Pesquisas atuais discutem e testam teorias sobre o efeito do campo magnético em animais, o chamado sentido magnético (relação com a biologia). Em relação às aplicações, existe o trem MAGLEV (que pode ser explicado com o efeito meissner), aceleradores de partículas e até aparelhos de ressonância magnética (medicina).

   

  A parte vermelha do mapa, a mais simples, se refere à termodinâmica. Os supercondutores só apresentam suas características abaixo de determinadas temperaturas (chamadas críticas), o que leva à discussão de escalas termométricas. Essas temperaturas são sempre próximas do zero absoluto, ou seja, uma temperatura em que a agitação dos átomos do material é quase nula. Do conceito de temperatura, chega-se à problemática da temperatura do planeta, que remete ao efeito estufa e mudanças climáticas (geografia).  Outra maneira de classificar os supercondutores é a partir do tipo de material que é constituído, seja de metais ou cerâmicas. O assunto de ligações químicas é, então, lembrado. (Química).”

  Henrique Shiino

   

  A termática escolhida para se trabalhar com conceitos de Física Moderna foi a Física Nuclear e a Física de Partículas com o objetivo de discutir sobre os prós, contras, riscos e benefícios  em relação as técnicas proporcionadas por essa Física.

  A Física Nuclear e seus estudos são uma das subáreas da Física Geral que por sua vez, integra um campo extremamente maior e amplo que é a Ciência. Há uma gama enorme de outras áreas que constituem as Ciências tais como Química e Biologia.

              Desde a época dos gregos sempre houve uma curiosidade e a vontade de tentar compreender e explicar algumas coisas da natureza.  Uma delas era tentar desvendar qual a concepção da matéria, ou seja, do que ela era formada e como ela se comportava. Para isso, dois pensadores e filósofos gregos (Leucipo e Demócrito) conceituaram a ideia de átomo como uma característica elementar da matéria, ou seja, o átomo do modelo grego era a menor porção que constituía a matéria – algo semelhante a uma esfera indestrutível e indivisível, assim, a matéria seria constituída de aglomerados desses átomos esféricos.

              Portanto, desde a antiguidade do pensamento grego, houve o anseio por desvendar o mistério sobre a matéria. Ao longo do tempo muitos cientistas se indagaram sobre a questão do constituinte elementar da matéria e se realmente se poderia explicar a composição do átomo.

              Sendo assim, cientistas como Dalton, Thomson e Rutherford ‘fundaram’ um novo ramo na Ciência Física, a Física Atômica. Em especial, Thomson e Rutherford trabalhavam nos patamares teóricos e experimentais da Física Atômica e fizeram muitas contribuições para elaborar a teoria e o modelo atômico.

              Em meados de 1900, Rutherford e alguns alunos realizavam experimentos e investigavam as descobertas feitas anteriormente por Thomson. O experimento consistia em observar o espalhamento de partículas que se colidiam com alvos (finas lâminas metálicas). O que foi observado por Rutherford era que algumas partículas tinham suas trajetórias desviadas, ao passo que outras ricocheteavam no sentido contrário. Com esses resultados, Rutherford determinou que devesse haver um centro muito massivo e eletricamente carregado que pudesse repelir ou defletir as partículas incidentes.

              Como as partículas (projéteis) eram partículas alfa (núcleos de Hélio eletricamente carregados), Rutherford denominou o suposto centro atômico de núcleo e percebeu que em seu interior deveriam existir partículas portadoras de cargas elétricas capazes de interagir eletricamente com as partículas alfa e assim ocorrer a repulsão e o desvio dessas partículas.     

              Sendo assim, o modelo atômico clássico seria formado pelo núcleo (prótons e nêutrons – descobertos posteriormente em 1932 por James Chadwick) e pelos elétrons que orbitavam em torno do núcleo semelhante a um sistema solar.

              Ao longo do tempo começaram a surgir novas indagações sobre a estrutura e a dinâmica do átomo, tais como:

  • Elétrons são partículas portadoras de carga elétrica e descrevem uma trajetória circular em torno no núcleo atômico, devendo, assim, perder energia até espiralarem e se chocarem com o núcleo.
  • As radiações eram um fenômeno observável e detectável, mas como elas eram emitidas isso não era totalmente compreendido e explicado.
  • Alguns experimentos com as partículas subatômicas resultavam em fenômenos ondulatórios.
  • A Física Newtoniana e as equações e postulados de Maxwell não regiam e não satisfaziam os sistemas e fenômenos do universo subatômico.
  • Como núcleos com muitos prótons (portadores de cargas elétricas positivas) poderiam ficar aglomerados em volume tão pequeno sem se repelir mutuamente pelas forças elétricas?

  Em meio a essa etapa de incoerências e impasses, surge a necessidade de traçar novas hipóteses, desenvolver novos modelos e elaborar novas teorias para suportar uma gama de fenômenos que não poderia ser descritos pelo determinismo da Física Clássica, entra em cena a recém ‘nascida’ Mecânica Quântica ou Física Quântica.

  Essa nova área ou ‘nova’ Física ficaria responsável e encarregada de compreender e descrever os mistérios do átomo, do núcleo, das partículas e das radiações, ou seja, a Mecânica Quântica está relacionada com o papel de descrever os sistemas do universo microscópico. Para a construção da Mecânica Quântica houve uma grande mobilização da comunidade científica, sendo estes alguns dos nomes que ganharam destaque: Max Planck, Albert Einstein (mesmo que posterior se opôs a Teoria Quântica), Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrondiger, Wolfgang Pauli, Paul Dirac, Richard Feynman.

  Entretanto, posteriormente a mesmo período estava ocorrendo a segregação política entre os físicos, uma vez que, tensões entre as duas maiores potencias mundiais estavam se intensificando cada vez mais e corriam rumores sobre o desenvolvimento de artefatos bélico-nucleares, ou seja, havia supostas notícias sobre a fissão do núcleo atômico de elementos pesados e instáveis e através disso a corrida por desenvolver bombas atômicas na União Soviética afim de atacar seu inimigo o Estados Unidos da América.

  Um pouco antes disso, Einstein havia previsto que era possível obter e liberar enormes quantidades de energia dos núcleos atômicos de alguns elementos, isso era regido por sua equação oriunda da Teoria da Relatividade, a equação da equivalência massa-energia (E=m.c²) que previa que massa poderia se converter em energia e vice-versa. Essa mesma equação posteriormente se tornou a equação que rege a energia das reações nucleares.

  Ainda no contexto da guerra, os Estados Unidos temendo o desenvolvimento da tecnologia bélica nuclear dos Soviéticos, reuniu muitos cientistas e engenheiros, afim de, também deter a tecnologia nuclear e fabricar bombas atômicas. Esse programa foi intitulado Projeto Manhattan e foi liderado pelo físico Robert Oppenheimer - que também contribuiu muito para a Física Nuclear. Outros físicos tais como Enrico Fermi, Leo Szilard, Edward Teller, Hans Bethe juntamente com Oppenheimer estudaram as reações nucleares e o controle delas para se conseguir grandes quantidades de energia.

  Infelizmente, o projeto se concretizou e foram produzidas duas bombas e utilizadas posteriormente em um bombardeio contra o Japão e foi assim que a humanidade provou o poder da natureza nuclear. Entretanto, com o desenvolvimento da tecnologia nuclear (provindo dos trabalhos de Fermi) foram criados os reatores nucleares que hoje fornecem a energia nuclear para serem transformadas na energia elétrica que ‘alimenta’ a eletricidade da cidade e dos aparelhos eletroeletrônicos em geral.

  A ideia de fissionar os núcleos, ou seja, de “quebra-los” e “dividi-los” abriu novamente os horizontes da Física em busca do interior do núcleo e das partículas subatômicas. De acordo com a Mecânica Quântica para sondar o interior do núcleo e as partículas subatômicas é preciso utilizar determinadas e elevadas quantidades de energia e para isso foram desenvolvidos os acelerados de partículas em meados de 1930 por Ernest Lawrence.

  Os aceleradores de partículas, como o próprio nome sugere, aceleram feixes de partículas subatômicas (como prótons) até próximas a velocidade da luz e essa aceleração é obtida através da combinação de campos elétricos variáveis e campos magnéticos que exercem forças elétricas e magnéticas nesses feixes, aceleram e assim eles ganham energia para serem colididos contra outros feixes ou contra alvos. A energia desprendida das reações nucleares dessas colisões são radiações e “fragmentos” de partículas que são captados pelos terminais detectores, por fim, a leitura desses detectores é transformada em dados e analisada pelos físicos e pesquisadores. Não podemos esquecer que para construir, operar e realizar manutenções é preciso uma grande equipe de engenheiro e técnicos além dos cientistas que trabalham nos laboratórios e monitoramentos.

  Conforme o avanço no campo das pesquisas em Física para desvendar a matéria tem tanto um desenvolvimento tecnológico para melhorar a precisão da obtenção de dados e por consequência temos um avanço na pesquisa científica.

   A Física não se restringe somente e unicamente aos físicos e cientistas confinados em seus laboratórios, usinas e reatores nucleares ou aceleradores de partículas. A humanidade presenciou o lado catastrófico da Física Nuclear que foi o bombardeio atômico em Hiroshima e Nagasaki no Japão, entretanto esse campo da Física se tornou extremamente vasto, principalmente na área da Física Médica e da Medicina Nuclear onde os conhecimentos da Física Nuclear foram implantados para realizar diagnósticos, exames e, em especial, terapias contra tumores e canceres. Até mesmo a indústria e o setor alimentício utilizam desses recursos e dessas tecnologias.

  Voltando a discussão da Física em si, juntamente com toda a evolução e desenvolvimento da Física suportada pela Mecânica Quântica muitas daquelas indagações e questionamentos foram investigados e compreendidos parcialmente e uma delas foi compreender a coesão das partículas subatômicas do núcleo.

  Para que haja essa coesão é preciso que haja uma força e ela é a chama interação (ou força) nuclear forte que é um campo de força que atua somente em dimensões nucleares. A força forte é uma das Quatro Forças Fundamentais da Natureza, que são:

  • Força Gravitacional
  • Força Eletromagnética
  • Interação Nuclear Forte
  • Interação Nuclear Fraca

  Para pontuar como a Física e essas Forças Fundamentais estão presentes em nossas vidas o simples fato de ver uma folha de arvore se desprender de um galho e cair em direção ao chão é a atuação da Força Gravitacional. Outro exemplo que inicialmente não parece ter relação alguma é a energia elétrica que chega nas residências e na cidade, por estamos no Brasil, mais de 70% de nossa energia elétrica é oriunda de usinas hidroelétricas que precisam da interação gravitacional para mover as massas de aguas represadas , e assim, pelos processos de transformações e conservações energéticas temos a energia potencial gravitacional se transformando dentro da usino hidroelétrica em energia elétrica que é transportadas por cabos e torres até as residências.

  As interações eletromagnéticas compreendem todos os fenômenos elétricos e magnéticos, ou seja, esse tipo de interação está presente no simples fato de apertar um interruptor e acender uma lâmpada em um quarto escuro até o funcionamento de outros aparelhos e aparatos eletroeletrônicos.

  Todo nosso sistema de comunicação e o próprio funcionamento de celulares, computadores, internet e satélite funcionam graças a interação eletromagnética e as suas ondas eletromagnéticas resultado da combinação dos campos elétricos e magnéticos.

  Sem dúvida estamos imersos e permeados pela Física e em especial pela Física Quântica, uma vez que tudo que conhecemos é feito por átomos e esses constituídos de partículas, sendo assim, relembramos que as leis que governam a natureza atômica, seu comportamento, sua dinâmica é a Física Quântica. Por isso, podemos visualizar (figura acima) como toda a Física está presente nas nossas vidas, na tecnologia que utilizamos e na sociedade – uma Física totalmente ramificada, emaranhada (até mesmo complexa e densa) e em rede.

  José Tomaz de Oliveira Junior

   

  A partir da elaboração de um mapa conceitual (representação gráfica onde cada tema estabelece ligação direta ou indireta formando links entre conceitos) o estudo de Física pode ser elaborado e estudado em forma de redes e conexões com diversos assuntos dentro e fora da disciplina de Física. A partir deste mapa conceitual, pode-se justificar o desenvolvimento de uma seqüência didática em aulas de Física e as conexões existentes na disciplina, formando uma rede de conhecimentos que se entrelaçam, onde o desenvolvimento científico e tecnológico, juntamente com outras áreas de conhecimento humano possuem ligações de forma interdisciplinar.

  No início dos anos 1900, a Física ganhou um novo corpo e um novo olhar por parte da comunidade científica, a Química uma ciência ainda nova começa a dar seus primeiros passos. A descoberta dos raios x, a instabilidade no núcleo de alguns átomos e por fim a descoberta de novas partículas no interior do núcleo atômico, mudando de forma astronômica a visão da ciência e a forma de viver de muitas pessoas em escala global.

  As forças fundamentais da natureza começam a se revelar no interior do núcleo atômico.

  O estudo da fissão controlada possibilita controlar a energia contida no núcleo atômico, e com isso produzir armas de destruição em massa. Também é possível utilizar essa energia para uso em produção de energia elétrica em usinas termonucleares.

  O conhecimento quântico permite ao ser humano desenvolver aparelhos que hoje estão dentro de nossos lares, seja ele um mouse ótico, uma televisão de L.C.D. ou até mesmo uma lâmpada fluorescente.

  As plantas absorvem energia térmica que é enviada pelo Sol na forma de luz branca, realizam a fotossíntese absorvendo esta luz e refletindo a cor verde, a cor não absorvida, neste processo denominado fotossíntese. Fenômeno quântico este em que o efeito fotoelétrico ocorre nos átomos das plantas, ocorrendo saltos quânticos com elétrons saltando livremente na estrutura atômica de que são formados esses vegetais.

  Isso graças ao sol, uma importante fonte de energia térmica onde o processo físico ocorre por fusão nuclear. Átomos de hidrogênio se fundem em núcleos de átomos de hélio emitindo nesse processo uma quantidade de energia em forma de calor que é lançada ao espaço cósmico.

  Este mesmo sol se mantém firme no espaço através da força gravitacional que mantém unidos planetas, asteróides, luas e satélites artificiais. Esses satélites artificiais gravitam em torno da Terra nas mais variadas funções. As principais são utilizadas em telecomunicações, transmissões de canais através de ondas eletromagnéticas, obtenção de imagens da superfície da Terra e da vastidão do universo, enfim tudo através de ondas eletromagnéticas emitidas pelos satélites.

  Campos magnéticos de alta intensidade são gerados de forma a utilizar os mesmos para diagnósticos por ressonância magnética. As aplicações são as mais variadas como em medicina nos diagnósticos de doenças, na detecção de falhas em estruturas metálicas, nos aceleradores de partículas o qual necessitam de campos magnéticos de alta intensidade para estudar as colisões entre partículas em suas trajetórias no interior do acelerador. Dos campos magnéticos de alta intensidade, resultam supercorrentes, onde a resistividade do material é praticamente nula, a isso a temperatura esta intimamente ligada no efeito das supercorrentes nos supercondutores e semicondutores, a qual é possível estudar as interações elétrica e magnética.

  Com este tema de corrente elétrica, estudado na terceira série do ensino médio, pretendo abordar nas seqüências didáticas o tema de corrente fotoelétrica.

  Para isso, abordarei nas aulas de corrente elétrica o efeito fotoelétrico, e o átomo quântico que absorve energia, e emite fóton de luz ao mudar de nível quântico ao redor do núcleo atômico. Neste contexto, serão abordadas de maneira informativa, algumas tecnologias presentes em nosso cotidiano e que funcionam por leis regidas pela física quântica. Essas tecnologias vão desde abertura de portas automáticas, acendimento de luz do poste de rua, mouse ótico, televisão de plasma e L.C.D. dentre outras.

  Luis Felipe Medeiro Alves

   

               O paradigma de nosso mapa são os semicondutores. Apesar de terem sido descobertos em 1874 por Carlos Braun, só tiveram seu uso amplamente difundido com o advento da revolução eletrônica. Vejamos como eles se relacionam com as diferentes ramas da ciência:

               Com a Astrofísica, por exemplo, temos o uso dos semicondutores na construção de detectores de ondas gravitacionais, como o nosso Mario Schenberg. Já com a Ótica, temos as câmeras infravermelhas, usadas tanto na prospecção de minérios quanto nos equipamentos de visão noturna, usados em aeronaves, por exemplo. Com relação à Termologia, temos sua contribuição nas células de Peltier, que transformam uma pequena diferença de temperaturas em corrente elétrica, e vice-versa, e na Biofísica, os nanocristais de alta fotoluminescência, que amplificam a corrente elétrica são úteis, por exemplo, nas próteses eletrônicas inteligêntes para amputados.

                Já na Geologia, temos o exame SEM de amostras, muito útil no paleomagnetismo, que é a área da ciência que estuda os registros que o campo magnético terrestre deixou, no passado, mas rochas recém-formadas. O pequeno campo magnético gerado pelo spin dos elétrons nas rochas induz uma pequena corrente elétrica em um semicondutor, que amplifica a intensidade até um nível detectável. Na Mecânica, temos o emprego dos semicondutores na terrível indústria bélica, que usa essas fabulosas ferramentas em prol da destruição, como em minas terrestres e mísseis, pois as pequenas perturbações físicas nesses dispositivos se transformam em avalanches de elétrons nos semicondutores. A Acústica também bebe da fonte dos semicondutores, e hoje é difícil de encontrar microfones e autofalantes que não façam uso dos mesmos.

                 Mas o maior emprego dos semicondutores é relacionado ao Eletromagnetismo, onde uma infinidade de componentes eletrônicos tiveram seu desenvolvimento possibilitado ou facilitado por semicondutores, como diodos, microprocessadores, tirístores entre outros.

   

  Lusmar Inácio da Silva

   

   O mapa conceitual representado acima tem como objetivo representar a importância do Modelo atômico de Bohr, destacando sua importância e influencia no desenvolvimento na evolução da Física, ou seja, foi um elo muito importante na transição da Física clássica para física moderna.

  É importante destacar que sempre quando surge um modelo atômico existe uma influência na sociedade primeiramente cientifica e consequentemente na geral, ou seja, a evolução dos modelos atômicos influenciam na sociedade sempre contribuindo para o desenvolvimento cientifico, compreensão dos fenômenos e entendimento do mundo.

  A evolução cientifica tem uma ligação muito forte com os modelos atômicos tanto que desde a antiga Grécia os pensadores daquela época refletiam de como a matéria era constituída.  Demócrito formulou as primeiras concepções de como a matéria era constituída, de que os átomos eram constituídos de partículas indivisíveis, Aristóteles manteve linha de pensamento da constituição da matéria como algo contínuo.  Essa ideia permaneceu por aproximadamente dois mil anos e somente na renascença com o surgimento de novos pensadores “cientistas” é que novas concepções sobre como é constituída a matéria reaparece.  É neste momento que surge Dalton com sua proposta de modelo atômico que ficou conhecido como modelo da “bola de bilhar”.

  Com o avanço do eletromagnetismo J.J. Thomson utilizando estudos com raios catódicos Propôs um modelo atômico em que o átomo era constituído por partículas carregadas com cargas negativas ao qual atribuiu o nome de elétrons, e um núcleo denso que carregado com carga positiva que chamou de prótons.  Esse modelo ficou conhecido como “pudim de Passas”.

  Por volta de 1900 Rutherford utilizando um experimento ao qual usando partículas α (alfa) bombardeou uma fina folha de ouro e medindo os desvios de algumas partículas chegou à conclusão de que os átomos eram formados por um núcleo pequeno e denso seguido por um enorme vazio e com elétrons girando em sua órbita, esse modelo ficou conhecido como “sistema planetário”.

  Seguindo pela estrutura no mapa conceitual o próximo modelo atômico apresentado é o modelo atômico de Bohr, que utilizou o modelo de Rutherford como base para propor o seu, lembrando que o modelo de Rutherford tinha que problema que se os elétrons giravam em torno do núcleo eles dever “espiralar” e acabariam colidindo com o núcleo e Bohr apresentou seu modelo baseado na ideia de que devemos acreditar que seu modelo será válido somente se acreditássemos em seus cinco postulados.

  Logo acima do tema central podemos facilmente identificar que Bohr utilizou os estudos propostos por Max Planck sobre os espectros de emissão e Absorção emitidos através da radiação do corpo negro.

  Os trabalhos de Einstein foram influenciados por Planck através da radiação do corpo negro e também pelo físico Francês Phillip Lenard que estudou o comportamento da luz da incidente em determinados metais, chegando à proposta de que a luz é formada por pequenos pacotes de energia e que um único fóton pode carregar energia suficiente para que ocorra o fenômeno chamado efeito fotoelétrico resultando em vários equipamentos que usamos em nosso cotidiano como controles remotos, sensores de iluminação de rua, sensores de elevadores, etc. 

  Com os estudos de Planck e a teoria de Einstein Bohr propôs que seu modelo atômico para o átomo de hidrogênio e funcionaria quando o(s) elétron(s) ao receberem energia pode saltar para uma camada mais externa deixando o átomo assim em um estado excitado.

  Os estudos das leis de Maxwell proporcionou um avanço importante no eletromagnetismo, especificamente nos estudos da ondas eletromagnéticas e sua natureza.  Os diversos tipos de ondas eletromagnéticas resultam no que conhecemos hoje de espectro eletromagnético que contribuiu fortemente para o avanço nas áreas de comunicação, transmissão de dados, para elaboração de diagnósticos médicos através de raios-X, ressonância magnética, etc.  

  Por se tratar de modelos atômicos a Química se beneficiou, pois, analisando cada elemento possui um espectro de emissão de linhas com um conjunto de comprimentos de onda que os caracterizam, ou seja, segundo Bohr “o espectro de linhas de um elemento consiste de fótons com energias específicas emitidos pelo átomo desse elemento” e isso são muito usados identificação dos elementos químicos resultando na sua identidade e podemos classificar esses elementos em uma tabela que é chamada tabela periódica. 

  Outro exemplo são os chamados fogos de artifício que ocorre quando os elétrons dos átomos absorvem energia e passam para níveis externos (maior energia), e ao retornar para os níveis de origem (menor energia), liberam a energia absorvida - emitindo luz com a coloração característica de cada "salto" energético (diferentes comprimentos de onda) para cada elemento químico.

  Michele Silva Oliveira

   

  Supercondutividade é um fenômeno que acontece em alguns materiais permitindo a passagem de corrente elétrica sem nenhuma resistência, ela ocorre quando o material está abaixo de certa temperatura crítica não perdendo energia em forma de calor. 

  As pesquisas sobre a supercondutividade só foram possíveis após a liquefação do Hélio que ocorreu em 1908 quando Heike Kamerlingh Onnes e seu assistente de laboratório decidiram realizar testes com mercúrio (Hg) cujos resultados alcançados alguns anos depois (1911), colocavam em prova hipóteses que Lorde Kelvin previa sobre o comportamento de condutores sob-baixas temperaturas. O resultado por Onnes encontrado foi que ao diminuir a temperatura do mercúrio sua resistividade caia e que, em uma determinada temperatura por ele chamada de Temperatura Crítica (4,2K), tal queda era abrupta, tornando-a praticamente nula, comportamento que ele denominou de Supercondutividade. Por esta descoberta, Onnes ganhou, em 1913, o Prêmio Nobel de Física referente à matéria de baixas temperatura e a produção do hélio líquido.

  A partir daí teve início a uma corrida para entender e descobrir quais outros metais tornavam-se supercondutores, tendo sido descobertas diferentes Temperaturas Críticas, são exemplos: Nióbio 9.25 K; liga de Nióbio-Nitrogênio 16 K; liga de Vanádio-Silício 17.5 K; liga de Nióbio e Germânio 23.2 K. Além da percepção de o ouro, prata e cobre não causavam esse efeito. Após pesquisas em diferentes supercondutores no ano de 1933, dois alemães, Walther Meissner e Robert Ochsenfeld, estudaram experimentalmente como agiam as linhas de campo magnético de um imã sob um supercondutor causando efeito de levitação, concluiu-se que estas não penetravam em seu interior, fenômeno batizado de efeito Meissner. Tais linhas de campo magnético fazem com que o imã ‘flutue’ e fique estável, devido à atração e repulsão magnéticas, durante a levitação é chamada de Diamagnetismo Perfeito por haver presença de linhas de campo magnético no interior do metal supercondutor.

  Ao aprofundar as pesquisas sobre metais supercondutores, tornou mais evidente o vinculo dos fenômenos eletromagnéticos e térmicos, devido à relação dos metais com sua temperatura crítica incialmente. A supercondutividade é um dos poucos fenômenos quânticos de em escala macroscópica, sua explicação iniciou a partir de 1956, com os “pares de Cooper”, definição criada por Leon Cooper para explicar o comportamento do elétron se movimentando em pares no interior do supercondutor quando abaixo da temperatura crítica, isto só é possível devido ao spin dos elétrons, devido ao sentido de sua rotação. Esta ideia foi melhor aperfeiçoada com a Teoria BCS criada no ano seguinte por John Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer caracterizando melhor o supercondutor.

  No interior do supercondutor, a vibração da rede cristalina não interfere a passagem do elétron criando uma região chamada fônon, esta região é formada por concentração de calor, tornando possível a ‘captura’ do elétron. Em determinada região do exterior deste fônon, atraído por eletrostática pela presença do elétron em seu interior há vários prótons, que origina um campo positivo, tornando possível a aproximação de outro elétron próximo do qual já estava presente no interior do fônon, criando os pares de Cooper já comentado. Assim estes pares de elétrons seguem seu trajeto levando carga elétrica com grande fluidez através desta região, vencendo a repulsão Coulombiana, pois não há uma energia de ‘gap’ suficiente (energia essa proveniente do aumento da temperatura) para que ele saia deste fônon e destruía essa formação.

  A Teoria BCS também previa que o calor específico de um supercondutor deve crescer exponencialmente, ao se aproximar da temperatura crítica. E quanto menor a temperatura maior seriam os pares de Cooper formados, também não sendo possível obter supercondutores com temperaturas críticas acima de 25K, pois os pares seriam desfeitos por excesso de vibrações das redes cristalinas. Em 1972 os três autores da teoria foram agraciados com o Nobel de Física por sua explicação, e inserção da quântica aos supercondutores.

  Pelo estudo de dois supercondutores próximos e por verificar que há passagem de elétrons mesmo com presença de uma barreira de potencial entre eles, Josephson ganhou Nobel da Física em 1973 por descobrir o fenômeno de tunelamento nos supercondutores, que consiste em elétrons atravessar uma região de maior energia potencial do que sua própria energia total.

  A Teoria BCS foi um sucesso até a década de 80 explicando o comportamento dos supercondutores. Em 1986 surgiram os supercondutores conhecidos como de altas temperaturas, por ter temperatura crítica muita acima do esperado pela teoria BCS, chegando até a temperatura de 138K. Esses novos supercondutores são de cerâmicas, feito de material inorgânico, composto por elemento metálico, a partir deste, houve a classificação entre os supercondutores: tipo I sendo os metais de baixa temperatura tendo o Diagmanetismo Perfeito e o de tipo II os cerâmicos de alta temperatura que possibilita a utilização de nitrogênio líquido -elemento químico abundante na natureza- e no interior deste supercondutor há uma pequena penetração de linhas de campos magnéticos. Por esta descoberta Bednorz e Müller foram premiados pelo Nobel de Física de 1987.

  Ainda há muitas pesquisas sobre o comportamento dos supercondutores. Um dos mais recentes estudos premiou com o Nobel em 2003 para Abrikosov, Legget e Ginzburg que relacionaram a supercondutividade e superfluidez, ligando a Teoria BCS com o Condensado de Bose-Einstein, explicando que esses pares fluem de forma ‘quebrada’ e sem ação de atrito no interior do fônon, justificando o aumento e comportamento da corrente elétrica.

  A partir do desenvolvimento dos supercondutores, foi possível criar equipamentos eficazes e com maior durabilidade, por não haver dissipação de energia em forma de calor durante a passagem da corrente elétrica (efeito Joule). Alguns exemplos de aplicações são: fios supercondutores já utilizados em alguns lugares da Alemanha e dos EUA, Trem MagLev- levitação magnética- utilizado em Xangai chegando a velocidade de até 540km/h, nas construções de eletroímãs que intensificam o campo magnético que são utilizados em aparelhos de ressonância magnética nuclear (RMN) e na aceleração de partículas no LHC.

  Como é pode verificar no mapa conceitual e observar no texto, é nítida a relação das três áreas da Física (Térmica, Magnética e a Quântica) para o estudo dos supercondutores, tendo uma maior clareza a partir da Teoria BCS. Claro que voltamos olhares para a Física, mas possui um grande papel na medicina, sociedade e tecnologia.

  Os supercondutores é um tema em expansão, há muito por se descobrir e aperfeiçoa-lo para que tenha ainda maiores aplicações, quem sabe encontrando materiais (como é o intuito) com temperatura críticas no valor da temperatura ambiente, e também a questão que a própria Teoria BCS não previu a supercondutividade com temperatura crítica acima de 25k.

  O mapeamento representa as conexões indicadas no texto, para melhor compreensão acompanhe as flechas e as cores indicadas que ligam as formas ao fluxo do mapa conceitual.

  Rodrigo da Silva Gomes

   

  O conceito chave que utilizaremos como nó central do nosso mapa conceitual é a radioatividade dos elementos. Formalmente, podemos enunciar que a radioatividade é a capacidade que possuem alguns elementos, denominados elementos instáveis, de emitir radiações de origem corpuscular (partículas alfa ou beta) ou ondulatória (raios gama).

   

  O conceito de radioatividade é um tema amplo e que pode ser abordado por diferentes disciplinas no ensino médio.

  Na disciplina de história, por exemplo, em possíveis questionamentos sobre a veracidade da estimativa de idade de múmias, planetas e etc, pode ser introduzido o conceito de meia vida que possuem os elementos radioativos e como ele é utilizado na antropologia para então determinar com precisão a idade, por exemplo, de múmias.

  O método para datação de múmias é conhecido como Datação por carbono-14.

  O carbono-14 é um elemento instável, ou seja, após um período de tempo chamado tempo de meia vida, ele tem sua atividades da amostra¹ diminuída pela metade.

  Sendo o tempo de meia vida do carbono-14 de 5700 anos, se tivermos, por exemplo, uma amostra de 100 núcleos de carbono 14, após ter passado 1 tempo de meia vida (5700 anos), teremos somente 50 núcleos de carbono-14, sendo que a metade faltante foi toda radiada.

  O carbono-14 está presente na atmosfera em uma concentração muito baixa, porém estável ao longo dos anos e também está presente na mesma proporção nos materiais orgânicos vivos. Porém, quando os organismos vivos morrem, eles param de absorver o carbono-14.

  Sendo assim, após morrerem, os materiais orgânicos vão diminuindo pela metade sua concentração de carbono-14 conforme forem passando tempos de meia vida.

  Assim, sabendo-se a proporção de carbono-14 presentes, por exemplo, em uma múmia encontrada no Egito, e sabendo que o tempo de meia vida deste elemento é 5700 anos, é possível determinar com precisão a idade do mesmo.

   

  Em biologia, ao falar sobre as vantagens e desvantagens para o ambiente e para os seres vivos no uso de energia proveniente de diferentes fontes, podemos introduzir o conceito de energia nuclear e a importância da continuidade das pesquisas nesta área.

  Diante do grande aumento populacional da era moderna, aumenta-se também a utilização de energia, que pode ser proveniente de fontes renováveis ou não. O uso de energia proveniente de núcleos de elementos radioativos tem sido muito explorado nos últimos tempos.

  No decaimento dos elementos radioativos, além dos núcleos ejetarem radiações alfa, beta ou gama, eles também emitem energia em forma de calor e em energia cinética dos materiais radiados.

  O aproveitamento desta energia pode trazer benefícios, como por exemplo, grande quantidade de energia com muito pouco material radioativo. Porém, qualquer problema nestas usinas, denominada nucleares, podem ocorrer grandes contaminações no meio ambiente pelos matérias radioativos, ocasionando sérios prejuízos.

   

  Nos temas sobre seres vivos, é possível fazer uma ponte com os mais modernos aparelhos de detecção e tratamento de algumas doenças, sendo possível sua explicação através da radioatividade dos elementos. Alguns exemplos de aparelhos de detecção são: aparelhos de raios-X e cintilografia. Estes poderão ser explicados pelo fato do diferente poder de penetração das partículas radiadas dos núcleos radioativos.

  Como métodos de tratamento e prevenção podem ser citados a quimioterapia e a esterilização de alimentos.

  Neste método, o tratamento é possível, pois as partículas que são radiadas por núcleos instáveis possuem carga elétrica. Estas, por sua vez, interagem com as moléculas da matéria orgânica em que ela for exposta, podemos fazer combinações que podem destruir, por exemplo, células cancerígenas.

  Na química, em uma análise sobre a linha do tempo do significado da teoria atômica, podemos falar sobre a quebra de paradigma que ocorre de tempos em tempos na ciência, e que gerou a divisibilidade do átomo. Assim, é possível falar sobre as diversas partículas que formam o átomo, em especial, as que formam o núcleo do átomo.

  Na física, podemos falar sobre a distinção entre a física clássica e física moderna originada pelos conceitos de física nuclear.

  Desta distinção surgem novos conceitos, como exemplos, o princípio da incerteza e novos olhares para a probabilidade.

  No tema sobre energia, é possível fazer um link com as diversas aplicações, por exemplo, na medicina como já foi dito, e sobre a possibilidade desta ser a alternativa do futuro na fonte de energia elétrica. Daí pode-se introduzir o conceito de radioatividade junto com o princípio de funcionamento de reatores nucleares e os problemas causados por acidentes com vazamentos nestas usinas. Podemos citar o caso da usina de Chernobyl e o acidente ocorrido em Goiânia.

  Podemos falar também sobre o poder que gera aos países que detém a tecnologia nuclear, citando como exemplos as armas nucleares que só foram possíveis de ser obtidas desenvolvendo-se o conceito de radioatividade.

  Podemos também tomar como exemplos e pontos de partida as bombas que foram lançadas em Hiroshima e Nagasaki e as diferenças e semelhanças entre bombas que funcionam com os princípios de fissão e de fusão de núcleos.

  ¹ atividade da amostra : As emissões de radiação são feitas de modo imprevisto e não se pode adivinhar o momento em que um determinado núcleo irá emitir radiação. Entretanto, para a grande quantidade de átomos existente em uma amostra é razoável esperar-se um certo número de emissões ou transformações em cada segundo. Essa “taxa” de transformações é denominada atividade da amostra.

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  PE3 - 2012_02

  Apresentam-se abaixo representações gráficas e textos elaborados por licenciandos participantes da Oficina de Projetos de Ensino III desenvolvida no 2º semestre de 2012.

  Adilson Franco

   

  A ideia desta atividade como estágio se deu em um treinamento realizado pelo Centro Paula Souza sobre implantações de Aros magnéticos nas unidades Escolares, um programa de inclusão social para deficientes auditivos. Uma vez que para este tipo de equipamento são necessárias montagens de equipamentos eletrônicos e neste são utilizados semicondutores, a física quântica pode ser ensinada aos alunos baseada neste contexto.

  Como o aro magnético é um sistema de transmissão à distância, constituído pela fonte emissora (que pode ser a voz de uma pessoa ou uma entrada de áudio com televisor ou radio), um amplificador, e um anel de cabo que circunda o perímetro do recinto, onde este instalado.

   

  O sinal da fonte emissora é amplificado pelo circuito amplificador, o qual lhe entrega a sua saída como corrente elétrica ao anel do cabo que circunda a sala, gerando um campo magnético proporcional à mesma.

   

  Este campo magnético induz a telebobina do aparelho auditivo sem interferências do entorno, reverberação ou ruídos.

   

  Por ser o som da fonte emissora uma onda mecânica que ao passar pelo microfone se transformando em sinal elétrico criando assim um campo magnético, foi possível a inclusão da mecânica ondulatória neste mapa conceitual.

   

  A aplicação deste aro magnético busca a inclusão social nas unidades escolares, portanto foi incluso no mapa conceitual este item, e por ser em especial para a inclusão de deficientes auditivos, também foi possível relacionar a biofísica no que diz respeito à audição para aqueles que recebem as ondas mecânicas, bem como para aqueles que a produzem, no caso ao que fala no microfone.

   

  A partir do eletromagnetismo, ou mesmo do aro magnético, é possível se tratar do assunto sobre circuitos elétricos e componentes eletrônicos, os quais são montados em circuitos impressos feitos de fenolite.

   

  A primeira coisa a ser fazer com este material é risca-lo com uma caneta piloto para criação de uma trilha que funcionara como condutora da corrente elétrica do circuito que em seguida passara por um processo de corrosão através de uma substancia conhecida como percloreto de ferro, quando esta placa for banhada no produto químico, a mesma será toda corroída, exceto o local em que se passou a caneta, o que justifica no mapa conceitual a presença da química.

   

  Por fim, alguns dos componentes eletrônicos são materiais semicondutores que tem seu funcionamento baseado na física quântica

  Antonio Vieira Domingues Junior

   

  A Física tem um papel básico na maioria das ciências modernas, por esse motivo vamos tentar relacionar esta ciência com a História que o Homem vem construindo dentro de um cenário de conquistas e perdas ao que se refere à vida e a existência humana.

  Os estudos da vida são atribuídos à ciência biológica, porém esse campo é tão vasto que aborda problemas que mesmo hoje não somos capazes de entender, em especial a problemática da própria vida.

  No entanto, há uma relação entre os processos biológicos dos animais vivos com os fenômenos físicos, tais como: circulação sanguínea realizada no interior das veias sob variações de pressão; o sistema nervoso que funciona a partir da condução de impulsos elétricos, impulsos estes que atingem os músculos que realizam movimentos de contração e repulsão assegurando assim resistências às forças externas; os seres dotados de visão são capazes de distinguir imagens a partir da refração dos raios de luz nos olhos; e seres dotados de ouvidos têm a capacidade de distinguir diferentes sons a partir de processos mecânicos, etc.

  Esses temas que discutimos não são fundamentais para a vida em biologia, pois as plantas não têm músculos e continuam vivendo e realizando fotossíntese. Porém podemos encontrar características comuns entre os seres vivos, e um desses aspectos é que são constituídos de células, cada qual com sua complexidade para realizar processos químicos.

  A interação entre a Física e a Química é muito grande, pois a teoria dos átomos só foi confirmada em grande parte a partir de experimentos realizados na química. Hoje a chamada química orgânica que estuda as substâncias associadas aos seres vivos, diferente da química inorgânica onde pode estudar a velocidades com que as reações ocorrem e o que está acontecendo com as moléculas, logo todas as regras acaba por ser explicada pala mecânica quântica, de modo que a química teórica se aproxima muito da física. Vale lembrar que reações químicas são diferentes de reações nucleares. As reações nucleares podem ocorrer em vários estágios possíveis, quando uma partícula se choca com um núcleo, a partícula pode se espalhar elasticamente ou inelasticamente, neste caso o núcleo é promovido ao estado de excitação e depois decai para seu estado fundamental emitindo fótons ou outras partículas.

  Não existe uma forma macroscópica de medir a força entre o nêutron e o próton. O fato de haver muitos núcleos estáveis é uma prova concreta de que os núcleos estão sujeitos a interações muito mais fortes que a interação gravitacional e a interação eletrostática, dessa forma a interação atrativa que mantém os núcleos coesos se deve à força nuclear forte.

  Por falar da força gravitacional, vamos para astronomia, pois esta ciência ao mostrar os movimentos de astros celestes, e ao compreendê-los estava de certa forma dando origem à Física. Mas a descoberta mais incrível em toda astronomia é que as estrelas são feitas dos mesmos átomos que existem na Terra. As observações e conclusões dessa afirmação se devem ao fato dos átomos emitirem luz com frequências definidas, sendo assim, cada elemento químico tem seu próprio espectro de luz, logo é o que nos permite distinguir diferentes elementos químicos nas estrelas.

  Outra descoberta muito importante foi a da origem de energia das estrelas, sendo esta energia resultado da queima do hidrogênio, o qual é convertido em hélio, além de que todos os elementos químicos que conhecemos são frutos das estrelas. Esta afirmação pode ser aceita a partir das proporções de diferentes isótopos presentes em reações químicas, nas quais não ocorre variação do número de prótons, ou seja, os isótopos nunca se modificam. 

  A energia é algo intrínseco à existência de um objeto, podendo ser entendida de diferentes formas. Uma delas é a relação de equivalência que há entre massa e energia. Embora saibamos que a energia se conserva, a energia disponível para utilização humana não é conservada tão facilmente, pois as leis da termodinâmica que governam o total de energia disponível envolvem o processo da entropia, o qual a variação de energia é irreversível, o que fica muito evidente em sistemas de partículas, as quais são mantidas coesas por forças de ligação, porém quando é fornecida energia ao sistema no intuito de separá-las, essa energia é denominada de energia de ligação. Tal processo é entendido como fissão nuclear; por exemplo, o urânio-235 é excitado ao ser bombardeado por neutros tornando assim o núcleo de urânio instável, o qual se divide em dois com massas intermediárias, liberando energia, além de emitir vários nêutrons que propiciam outras fissões.

  As descobertas da energia nuclear proporcionaram ao homem aplicá-la na medicina, para diagnosticar anomalias em órgãos do ser humano, bem com no tratamento de câncer e outras doenças. Assim o avanço da tecnologia, certamente contribuiu para o grande progresso da medicina nuclear, tal como o mapeamento por radioisótopos, em que são introduzidas substâncias como iodo ou bário no corpo humano, e estes radioisótopos se concentram de forma diferente em diferentes órgãos, logo a radiação emitida por eles é capturada por aparelhos especiais e assim é gerado a imagem do órgão na tela do computador. Ao contrário dessa técnica, o uso da radioatividade em determinados tratamentos médicos pode não ser de forma evasiva, sabendo que a radiação interage com as moléculas de forma ionizante, muitos tumores são tratados sob doses controlas de radiação nas quais células doentes são eliminadas, porém erros na dosagem ou na localidade da emissão da radiação podem causar danos maiores em células sadias.

  A radiação nuclear também exerce grande importância na agricultura, pois tem o objetivo de preservar por tempo maior o alimento irradiado, ou no tratamento das sementes antes do plantio para que se tornem mais resistentes ao ataque de pragas.

  Na indústria existe equipamentos que exigem cem por cento de qualidade, por isso são testados com uso de radiação para detecção de possíveis trincas nas peças.

  Ao estudar a História que o homem vem escrevendo, arqueólogos usam a técnica do decaimento radioativo do carbono-14 para fazer datação de fósseis e objetos que tenham valor histórico. Entretanto, não podemos deixar de citar alguns episódios tristes na história por conta do uso inadequado de energia nuclear.

  A teoria da equivalência de massa e energia proposta por Einstein foi comprovada em 1932 quando a primeira fissão nuclear foi realizada em laboratório. O entusiasmo de tal façanha aliada a incentivos militares resultou na construção de bombas atômicas autorizadas pelo governo dos Estados Unidos. Esse arsenal bélico foi utilizado no final da 2° Guerra Mundial quando foi lançado nas cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki em 1945, matando mais de 170 mil pessoas...

  Dessa forma, a energia nuclear foi usada para construção de bombas de destruição em massa, onde o país detentor de tal arsenal bélico tende a manter o imperialismo político e militar. A detenção de tal arma tem grande influência na geopolítica, pois em zonas de conflito por disputas territoriais ou riquezas minerais, colocou o mundo numa constante tensão e temor acerca de um possível confronto entre potências detentoras de tal arma, onde no período da guerra fria, os EUA e ex-URSS eram os principais agentes dessa instabilidade diplomática. Atualmente há um acordo de não proliferação de armas nucleares onde apenas cinco países tiveram autorização para manter seu o arsenal já existente, tais países são os EUA, Rússia, China, Reino Unido e França. Porém outros países frequentemente realizam testes nucleares como a Índia, Irã e a Coréia do Norte entre outros.

  A descoberta e a comprovação da energia nuclear vêm proporcionando inúmeras discussões a respeito da utilização de tal combustível, pois mesmo com as justificativas que muitos países dão para manter usinas nucleares em funcionamento, há sempre uma desconfiança com relação à segurança, pois temos registros da utilização desse tipo de energia na 2° Guerra Mundial, além de graves acidentes com explosões e contaminações que resultaram em consequências trágicas para a sociedade. Sendo assim, mesmo que o uso da energia nuclear seja apenas para fins pacíficos é necessário debates acerca das consequências sócio ambientais para a humanidade, pois o lixo que sobra dos reatores pode ser usado para fins bélicos.

  Por diversos fatores, existe vida no planeta Terra e a massa do nosso planeta é tão minúscula comparada à massa do nosso sistema solar, que mesmo diante de tanta energia o homem é incapaz de chegar a destruir o terceiro planeta mais próximo do sol. Porém a vida na forma que conhecemos pode ser extinta pelo egocentrismo e a ambição humana. 

  Arnaldo Sabino

   

   Para a construção deste mapa parti da dualidade onda partícula, e fui resgatando na memória todos os conceitos envolvidos, direta e indiretamente com a temática central, de modo a ampliar o máximo as relações com a física e com outras áreas do conhecimento.

  Partindo do eletromagnetismo, onde Maxwell por meio de suas equações previu a existência de ondas eletromagnéticas, visto que um campo elétrico variável induz um campo magnético variável, e vice versa, perpendiculares entre si e a direção de propagação, e como ondas sujeitas aos fenômenos de reflexão, difração e interferência, com velocidade igual a velocidade da luz o permitiu afirmar que a luz é uma onda eletromagnética.

  O fenômeno da interferência observado no experimento da fenda dupla de Thomas Young proporcionou a determinação do índice de refração de diversos meios transparentes como o ar, a água e o vidro, o que foi de suma importância para a ótica no estudo da luz e na construção de lentes, que por sua vez permitiu a construção de câmeras fotográficas e microscópios ópticos.

  A quantização da energia luminosa proposta por Max Plank para a energia radiante de um corpo negro, o que ele chamou de quanta, permitiu a Bohr a construção de um modelo de átomo coerente com o eletromagnetismo e com as raias espectrais do hidrogênio, em concordância com as series de Lyman, Balmer e Paschen, este modelo de átomo com energias quantizadas para as órbitas do elétron explicava o espectro de absorção como sendo a absorção de um quanta de energia pelo elétron, cuja energia tinha que ser igual a diferença da energia das órbitas permitidas, fazendo o elétron saltar de uma órbita de menor energia para uma de maior energia, e o espectro de emissão era observado quando o elétron saltava de uma orbita de maior energia para uma de menor energia, emitindo assim a diferença de energia entre as órbitas na forma de quanta, ou radiação eletromagnética, este raciocínio foi fundamental para Einstein explicar e sistematizar o efeito fotoelétrico, permitindo a compreensão da natureza da interação da luz com a matéria, pois Einstein propõe que a luz é composta de pacotes de energia segundo a hipótese de Plank, semelhantes a partículas, o que chamou de fóton, e ele calcula a energia ou frequência mínima necessária para que se observe o efeito fotoelétrico determinando assim com exatidão a função trabalho de vários metais.

  A compreensão do efeito fotoelétrico permitiu muitos avanços tecnológicos como sensores de luz, relês ópticos e câmeras digitais, ainda associado à química cujos conceitos já estabelecidos acerca das reações químicas, utilizadas inclusive nos filmes fotográficos, permitiu a construção de óculos com lentes transitions, cujas moléculas na presença de luz ultra violeta, modifica sua geometria impedindo a passagem de tais radiações.

  O fato da luz possuir todas as características de ondas como: reflexão, refração e interferência, revelou um caráter dual quando no efeito fotoelétrico foi observado que sua interação com a matéria é de natureza corpuscular, como observado no interferômetro de Mach-Zehnder, onde a depender do ajuste experimental, a luz se comporta ora como onda, ora como partícula, visto que a luz mesmo não sendo portadora de massa transferia quantidade de movimento, levou The Broglie a inferir que partículas também poderia ter um caráter ondulatório, e ele encontrou as equações que subsidiaram sua teoria, fundindo as ideias de Plank com a relação entre massa e energia de Einstein.

  A teoria de Broglie foi confirmada anos depois no experimento da fenda dupla aplicado a um feixe de elétrons, onde foi observado o mesmo padrão de interferência observado para a luz, o mesmo padrão foi observado para prótons, nêutrons e outras partículas, levando a dualidade até um nível macroscópico, a dualidade onda partícula teve aplicação imediata, pois observou se que o elétron possuía comprimento de onda da mesma ordem de grandeza das dimensões atômicas, logo foram construídos microscópios eletrônicos afim de, observar estruturas atômicas, algo impossível por meio de microscópios óticos, uma vez que o poder de resolução e ampliação depende do comprimento de onda da radiação incidente, e a luz visível possui comprimento de onda cerca de 1000 vezes maior que o maior átomo, e radiações mais energéticas, ou seja, com comprimentos de onda menores, ou atravessavam ou danificavam o material observado. O microscópio eletrônico foi de notável importância para a física, pois permitiu a visualização, mesmo que indireta da estrutura dos materiais, pois seu comprimento de onda era controlável, já que este dependia da velocidade adquirida, construindo imagens fieis sem danificações.

  Barbara do Nascimento Costa Aranha

   

  A descrição do mapa conceitual começa partindo do balão estrutura da matéria do qual divergem outros quatro balões. O primeiro balão que diverge do balão central consiste em começar a descrever o mundo a partir de escalas pequenas de modo a partir de como que as pequenas escalas foram capazes de influenciar e possibilitar o desenvolvimento de novos equipamentos aplicados na eletrônica e suas tecnologias.

   

  Há também uma discussão acerca de instrumentos ópticos que permitem enxergar objetos cada vez menores como por exemplo, possibilitar a observação de uma célula vegetal de forma nítida. Partindo desta discussão, podemos analisar a possibilidade de haver instrumentos ópticos modernos que nos permitissem observar e enxergar átomos. Rebusca nesta discussão que a ideia de átomos, partículas e núcleos não foram propostas através de observações feitas com o uso de instrumentos ópticos. Essas descobertas foram feitas através de experimentos e problemas dos quais os cientistas ao longo do tempo foram se deparando. Destaca-se que a partir desta parte da discussão,  a necessidade de se utilizar modelos desenvolvidos nos caminhos da ciência, dando início a discussão com o recurso história da ciência com o balão “O Átomo”. Neste balão o objetivo  é discutir com um relato de cunho histórico partindo desde o pensamento grego até as concepções desenvolvidas até a física moderna, de modo a discutir o átomo como uma unidade básica que compõe a matéria. Há um box dentro desta discussão que procura explorar a desenvolvimento do conceito de átomo através da construção da história das ciências. Em seguida explora os principais modelos atômicos passando pelos átomos de Thomson, Hantaro Nagaoka e Rutherford.

  O segundo balão que diverge do balão central “estrutura da matéria” chama-se “níveis de energia”, que ao retomar os problemas apresentados pelo modelo de Rutherford, apresenta um novo modelo apresentado pelo físico dinamarquês Niels Bohr em 1913, que propõe a partir da utilização do sistema planetário de Rutherford juntamente a ideia de Max Planck com relação à quantização de energia, de que os níveis de  energia do átomo são quantizados assumindo apenas certos valores e que um elétron que se encontra nas órbitas de um átomo tem sua energia elevada a um estado de maior energia quando atingido por um fóton cujo valor energético deve ser igual a diferença entre os níveis de energia do átomo. Em sequencia na proposta feita pelo mapa conceitual, mostra-se a aplicação do modelo de Niels Bohr ao átomo de hidrogênio de modo a ressaltar a ideia do conceito de transição eletrônica e aplicação de alguns exercícios que contemplem algumas situações das quais os alunos possam ver de maneira mais efetiva a aplicação do modelo de Bohr. Neste tópico também seriam discutidos os conceitos de espectro de emissão e absorção, de modo a explorar a ideia de que devido ao modelo de Bohr foi possível descrever precisamente as linhas do espectro dos elementos. Por último seria apresentado o Laser e suas aplicações, de modo a discutir como que hoje em dia é fácil o acesso para se adquirir um Laser de modo que não é transmitida seu mérito como sendo uma das principais descobertas da segunda metade do século XX. Este tópico também permite a discussão acerca do fenômeno da emissão estimulada como também estabelecer uma relação com a biofísica de modo a contemplar as aplicações do mesmo na medicina para correções de problemas de vista e interação com a matéria nos casos de pessoas que fazem depilação através do uso de Laser.

  Discutida esta parte, daríamos início ao estudo do núcleo atômico que de acordo com o livro adotado seriam apresentadas questões referentes a estabilidade nuclear. Estes temas seriam abordados a partir dos problemas discutidos anteriormente presentes no modelo de Rutherford. Rutherford já sabia que o átomo não poderia ser estável já que se o mesmo fosse, implicaria que ao emitir radiação, por estarem acelerados em torno do núcleo, estes perderiam energia cinética e colapsariam. Outro problema consistia em saber como que o núcleo atômico permanece tão junto se a repulsão entre os prótons era imensa. Bohr resolveu esse primeiro problema propondo a ideia de órbitas estacionárias, garantindo assim a estabilidade do elétron em torno do núcleo. No que tange o segundo problema, surge o conceito de Força Nuclear Forte ou Interação Forte. Nesta parte do plano de aula é possível trabalhar um experimento proposto pelo São Paulo faz escola que também se encontra no livro didático adotado, que propõe a colagem de bolinhas de isopor com fita adesiva representando a força forte e molas representam a força nuclear fraca. Esta torna-se uma atividade em potencial já que utiliza materiais de custo baixo e permite que o próprio aluno a realize. Por fim seria discutida a questão de quais são as características necessárias para que um núcleo esteja estável, ou seja, para núcleos pequenos como o núcleo de hidrogênio para que esse seja estável é preciso que o número de prótons seja igual ao número de nêutrons, e para núcleos maiores é preciso que o número de nêutrons seja maior do que o número de prótons para que haja a estabilidade nuclear.

  No último balão “Decaimento Nuclear” que possui as maiores ramificações, consiste basicamente em dois sub balões. O primeiro dos sub balões consiste em explorar de maneira efetiva o uso da história da ciência. Grandes foram as personagens que compuseram este cenário da chamada ciência moderna, sendo que as proposta feitas no mapa conceitual foram Wilhelm Konrad Rontgen responsável pela descoberta dos chamados raios x, muito empregado na medicina para a realização de exames. Esta nova descoberta chamada raios x foi apresentada por Poincarè à Henri Becquerel, o que levou este ultimo a descobrir que sais de urânio também emitiam radiações assim como os raios x, pois esses também manchavam chapas fotográficas. Outra possibilidade que complementaria esta aula seria discutir o conceito de transmutação atômica juntamente com o trabalho desenvolvido por Pierre e Marie Curie. Quanto aos Curie e Becquerel fica uma abertura para ensino de física em rede, pois sabemos que tanto Marie Curie como Henri Becquerel faleceram devido a excessiva exposição a materiais radioativos, possibilitando fazer uma discussão dentro do contexto da Biofísica.

  No outro balão seria trabalhado os tipos de decaimentos, trabalhando de maneira talvez um pouco mais tradicional as radiações do tipo alfa, beta e gama. Os raios gamas nos permite fazer um grande link com a medicina, já que dispomos da possibilidade de usufruir  de operações cerebrais que são feitas através do uso de raios gama, e portanto dispensa cortes na cabeça do paciente. A partir desses conceitos, é possível estudar a chamada Lei de Decaimento Radioativo, onde podemos ver em qual núcleo filho decairá o núcleo pai a partir  do tipo de partícula que emitimos nesse. Também pode-se estudar o conceito de tempo de meia-vida e taxa de decaimento, podendo trabalhar com divulgação científica sobre a Datação do Carbono 14 e o seu uso em Arqueologia, tema esse pouco trabalhado na escola.

  Nos dois últimos balões há a proposta de se estudar fissão e fusão nuclear. Primeiramente trabalharíamos o conceito de fusão nuclear através de cunho mais tradicional e depois fazer um gancho com astronomia pois no sol podemos encontrar uma “máquina de fusão nuclear” natural.

  Bruna Rodrigues

   

   O tema central escolhido para a atividade de estágio foi luz. Tendo em mente isso como ponto inicial, foi desenvolvido o mapa conceitual acima da forma mais ampla possível, de modo a poder selecionar dele os principais temas para a estruturação de um plano de aula a fim de utilizá-lo na intervenção que será realizada durante o estágio (utilizá-lo até mesmo mais tarde após o termino do curso, realizando ajustes quando necessário).

        A tabela abaixo identifica cada item do mapa conceitual a fim de facilitar as interpretações entre as conexões desses itens.

   

  1	Luz	25	Biologia
  2	Instrumentos Ópticos	26	Homeotérmico
  3	Comprimento de onda	27	Campo Magnético
  4	Onda	28	Tabela Periódica
  5	Cores	29	Ondas de Broglie
  6	Átomo	30	Campo Elétrico
  7	Ondulatória	31	Equilíbrio Térmico
  8	Efeito Fotoelétrico	32	Termodinâmica
  9	Átomo de Bohr	33	Calor
  10	Espectro Eletromagnético	34	Trabalho
  11	Visível	35	Ressonância
  12	Invisível	36	Medicina
  13	Frequência	37	Mecânica
  14	Olho Humano	38	Som
  15	Óculos	39	Ultrassom
  16	Óculos Infravermelhos	40	Doppler
  17	Visão Noturna	41	Energia
  18	Lentes	42	Raios-X
  19	Câmera Digital	43	Radiações
  20	Fotografia	44	Decaimentos
  21	Fótons	45	Câmera Escura
  22	Laser	46	Termometria
  23	Partícula	47	Tomografia
  24	Retina	48	Elétrons

   

       Começando pelo numero 1 (Luz), que é o tópico central, podemos observar que é este item que dará origem às demais palavras descritas no mapa, e muitas vezes cada um desses itens além de estar ligado a esse tópico central se relaciona com outros itens e abre espaço ainda para novos itens neste mapa. Vejamos como esses itens se conectam uns aos outros:

   

  1 e 2: os instrumentos ópticos funcionam essencialmente a base de luz, ela é fundamental para que eles simplesmente existam já que sem a luz a(s) lente(s) que compõe o equipamento seriam praticamente inútil. A mesma relação vale para o tem 18 que acaba de ser tratado e também os itens 14, 15, 24 e 25.

   

  14, 24, 25: Os olhos são como instrumentos ópticos, eles funcionam a partir da entrada de luz pela pupila. A imagem se forma na retina. Esses itens podem ser estudados também na biologia, já que o olho é um órgão do corpo humano.

   

  14, 20 e 45: As câmaras escuras funcionam praticamente como os olhos. A luz entra por um pequeno orifício e a imagem se forma dentro dela no anteparo oposto a entrada de luz de forma invertida. Nos nossos olhos acontece o mesmo, mas esse “anteparo” é a nossa retina, que possui diversos sensores (células receptivas e nervos) que mandam essa imagem para o cérebro, o qual o interpreta na posição correta.

   

  5, 10, 11, 12, 13, 16 e 17: O mundo que enxergamos cabe dentro da pequena faixa do espectro de luz que nossos olhos são capazes de interpretar. Além dessa faixa existe um mundo invisível, como por exemplo, o infravermelho e o ultravioleta. Alguns animais conseguem enxergar além dessa faixa que chamamos de “visível” além de conseguirem enxergar muito mais do que nós no escuro. Quando falamos sobre escuro nos referimos a pouca luz e não a nenhuma luz, pois como já foi tratamos antes, a luz faz parte do processo de produção da imagem, parte fundamental. Existem equipamentos que tornam possível enxergar em ambientes mais escuros, como os óculos infravermelhos ou óculos de visão noturna e funcionamento deles está totalmente ligado ao espectro de luz, onde um capta imagem na faixa do infravermelho e o outro na faixa do ultravioleta, respectivamente.

   

  3, 4, 5, 7, 10, 22, 41 e 43: Esses itens tem relação entre si basicamente graças à ondulatória, que é a parte da Física que estuda o comportamento das ondas. Quando tratamos de ondulatória, podemos citar também (dentro da física moderna) as ondas de Broglie, pois nele também tratamos a respeito do comprimento de onda. O comprimento de onda da matéria é também chamado comprimento de onda de Broglie. Ainda podemos citar o espectro eletromagnético, que representa o intervalo completo da radiação eletromagnética e é representado pelo comprimento de onda de cada radiação. As cores também se conectam a tudo isso, pois cada cor representa um comprimento de onda diferente. O laser é um dispositivo que produz radiação eletromagnética com características bem definidas. A luz que ele apresenta é monocromática e todas as ondas dos fótons que compõe o feixe estão em fase.

   

  6, 8, 9, 19, 21, 23, 28, 30, 41 e 48: Os fótons são partículas de luz (tendo em vista a dualidade onda-partícula). O efeito fotoelétrico consiste em um sistema onde são lançados fótons sobre um material, normalmente metálico, que emite elétrons devido a essa interação. Esses elétrons escapam dos átomos do material que é constituído a placa. A tabela periódica representa os vários átomos que conhecemos. Falando em átomos, Bohr desenvolveu seu modelo atômico (átomo de Bohr) a partir das propostas de Einstein e Planck. Esse modelo consistia em quatro postulados que diziam que: cada órbita ao redor do núcleo tem níveis de energia; que por isso a energia do elétron só pode ter valores múltiplos de um quantum; e quando um elétron salta de uma órbita para outra, a diferença de energia é absorvida ou emitida por um quantum de luz (fóton), que deve ter energia exatamente igual à diferença de energia entre tais órbitas. Os elétrons provocam a criação de um campo elétrico. Os elétrons fazem parte do mundo que conhecemos, uma vez que acreditamos que tudo é constituído por átomos. Podemos observar vários dispositivos que funcionam utilizando os tais elétrons. As câmeras digitais, por exemplo, possuem um sensor que converte luz (fótons) em cargas elétricas.

   

  28, 29 e 43: Os elementos apresentados na da tabela periódica apresentam núcleos, esses núcleos decaem de acordo com as situações que estão submetidos e ao seu tempo de meia-vida. A lei de decaimento radioativo prevê como o número nuclear não decaído de uma dada substância diminua com o passar do tempo.

   

  10, 27, 37, 38, 39, 40, 43 e 48: Radiações e espectro eletromagnético estão relacionados às ondas e seus comprimentos de ondas assim como os sons. O som é uma onda mecânica. A partir de sons que os ouvidos humanos não podem interpretar é possível obter informações na forma de imagens criadas por computadores. Isso ocorre a partir da reflexão que ocorre com o som, quando a onda “colide” com uma superfície e retorna. Essa onda que retorna será interpretada pelo computador de forma que cada ponto de colisão que o computador capta formará uma imagem. É assim, basicamente, que funciona o aparelho de ultrassom. A ressonância magnética funciona de forma parecida na parte da captação de sons inaudíveis aos seres humanos para a formação de imagens, mas a estrutura do equipamento é diferente, e está faz uso de um grande eletroímã. Não podemos falar sobre imãs sem falar de campo magnético!

   

  8, 10, 28, 36, 42, 47 e 48: Com relação à medicina, podemos relacionar todos esses equipamentos, não apenas estes, mas os citados anteriormente como o ultrassom. No caso da tomografia é necessária a ingestão de uma substância (o contraste, que devido a sua composição que contém elementos de números atômicos elevados ou baixos, atenuação aos raios-X) que facilita a visualização das imagens, as quais previamente são resultados de raios-X. Os raios-X, são emissões eletromagnéticas de natureza semelhante a da luz visível, porem seu comprimento de onda está fora da faixa de luz visível do espectro. Emitindo esses raios através do corpo humano é possível obter uma imagem dos ossos, pois através deles os raios não conseguem passar. A imagem então é como se uma “sombra” produzida pelos raios, que arrancam elétrons da “chapa” (efeito fotoelétrico), o que forma a imagem.

   

  26, 31, 32, 33, 34, 37 e 46: A termodinâmica é a parte da Física que estuda a reação entre temperatura, volume e pressão. Está ligada a mecânica, pois se relaciona com energia e movimento. A energia pode ser transferida de um sistema físico para outro como calor e trabalho.

   

       Como podemos perceber, cada item do mapa se conecta a outros itens de diversas maneiras. As conexões apresentadas acima nos permite observar que elas podem ser feitas de diversas formas possíveis, por diversos caminhos e não necessariamente interligar tudo de uma forma só. É possível partirmos de caminhos diferentes para chegarmos a uma mesma conclusão, de forma que não se torne obrigatório iniciar uma discussão pelo tema 1 e seguir em direção ao tema 2, podemos fazer o caminho inverso. Da mesma forma podemos trabalhar os conteúdos com os alunos no ensino médio. É satisfatório iniciar uma mesma discussão de diversas formas possíveis tendo em vista o mesmo objetivo. Assim podemos tornar o aprendizado mais rico e complementá-lo mais facilmente com outras disciplinas. Um exemplo apresentado no mapa conceitual que acaba de ser discutido é interdisciplinaridade entre Física e Biologia por intermédio da visão. Porem é possível fazer o mesmo por vários outros caminhos, com diversos outros temas e criando pontes com diversas outras disciplinas.

  Carlos Henrique dos Santos

   

  O tema central do projeto é o efeito fotoelétrico, fenômeno que explica a retirada de elétrons de um material metálico conforme a incidência de luz sobre o mesmo, dependendo de uma energia quantizada que será transferida, para que este elétron tenha capacidade de sair de sua órbita e eventualmente fazer com que um circuito elétrico seja acionado. Quando falamos de uma energia quantizada, significa que temos que ter uma quantidade exata de energia para que o fenômeno aconteça, e esta energia é “carregada” por uma partícula de luz denominada fóton, momento que utilizaremos a visão de luz na característica corpuscular, ou seja, luz como partícula, como se fossem grãos de areia (uma comparação didática), sabendo que a mesma também tem suas características ondulatórias, ou seja, como já diz o nome luz em forma de onda.

  Quando adotei este assunto como base, pensei em aproveitar a temática abordada pelo professor supervisor do estágio, quando o mesmo disse que sua base seria falar de circuitos elétricos. Mostrar para os alunos que este efeito esta próximo a eles em simples situações como em um controle remoto, no apertar do controle para abrir o portão da garagem e outros exemplos, também caracterizando que por que o controle remoto da tv não funciona para ligar o som, o dvd, ou mesmo abrir o portão¿

  Sabendo que temos também o histórico proposto atrás do fenômeno, desde seu resquício ou nascimento com Heinrich Hertz em 1887, quando o mesmo dizia que os elétrons de uma superfície metálica, eram iluminados, recebiam energia desta luz, se agitavam e abandonavam o metal; até a conclusão base em 1905 de Albert Einstein sobre o fenômeno a qual resultou em sua premiação do Nobel de Física 16 anos após.

  O fenômeno efeito fotoelétrico esta totalmente presente nas mais refinadas tecnologias como computadores e semicondutores, até o mais simples farol que nos orienta quando devemos atravessar a rua. Uma ênfase também colocada neste mapa é a relação que a Física tem com a Eletrônica, em seus equipamentos e funcionamento dos mesmos, sabendo que o fenômeno também tem influência em outros campos como a medicina odontológica e oftalmológica, na indústria com corte de materiais e outras aplicações diversas que não serão abordadas em específico neste projeto. 

  Carolina Arrufo

   

  Na tentativa de conseguir reunir assuntos já abordados pelo professor no decorrer do ano integrando-os com outras áreas, sem fugir da Física, como a Astronomia e a Química.

              Assim, o mapa teria como foco a Espectro, para poder retomar a idéia de ondas eletromagnéticas, suas propriedades, como transporte de energia, mostrando também as características relacionadas as suas diferentes freqüências.

              Com isso poderia desenvolver junto aos alunos, novos conceitos, como a dualidade da luz e o desenrolar da idéia do efeito fotoelétrico, desde Planck, com o problema da radiação do Corpo Negro, até o desenvolver matemático com Einstein.

              Dando seqüência, através do assunto de Radiação e a explicação sobre Decaimentos, para fazer uma junção do que já foi estudado no começo desse mapa, espectro, para que possa haver um dialogo sobre como essa junção é importante para o estudo da Astronomia, no estudo da Evolução Estelar, inclusive, no que diz respeito a composição química das estrelas.

              E por fim, seria muito interessante retomar a idéia de modelos atômicos, num contexto histórico, fazendo uma comparação sobre todos os tipos já estudados em aulas anteriores e os modelos apresentados através dos assuntos mencionados, do modelo de Bola de Bilhar até Schroedinger.

  Daniel Fernando Palaria

   

  Para compreender a  magnitude da temática escolhida e facilitar a sua aplicação, foi eleborado um mapa conceitual com o foco na energia, porém com uma abordagem dos conhecimentos da física quântica.

  A figura 01 mostra o mapa conceitual de energia muito amplo. Procurei estabeler relações com várias áreas do conhecimento, buscando também a aplicação. Contudo, busquei tornar o mapa conceitual cíclico, de tal maneira que é possivel partir do tópico energia ou chegar nela. Além disso, pode-se escolher outra palavra chave para inciar a abordagem e chegar até a energia.

  Na figura 01 a palavra chave é energia, em destaque com fundo preto e letras brancas. Dela há possibilidade de partir para a ciência desagregada ou para propriedade da energia. Por facilidade e uma lógica mais simples, o caminho traçado foi no sentido para CONSERVAR.

  Através das reações químicas Antoine Lavoisier deduz um princípio intrínseco à matéria que ficou conhecido com a  frase “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. Para a energia ocorre o mesmo princípio, ou seja, em um sistema isolado, a energia total se conserva; podem ocorrer transformações dos diferentes tipos de energia, porém ao analisar cada uma, percebe-se a conservação do conjunto, sendo essa a propriedade fundamental da energia.

  Então, prosseguindo a análise do mapa conceitual, temos diferentes tipos de energia e chegamos ao trabalho, que é o esforço exercido sobre algo que fará sua energia variar. Logo, a energia irá variar se existir uma força atuando e, diante disso, temos o resultado de diferentes trabalhos realizado, que podemos aprofundar e começar a ter um olhar quântico nessas energias separadas.

  Chegamos a uma bifurcação, podemos ir para a palavra chave, CICLO ou para QUANTIZAÇÃO DA ENERGIA. A ideia de ciclo surge pelo motivo da transformação e conservação da energia, que por sua vez pode ser ligado com a origem do universo, com a teoria do BIG BANG ou direcionando para a construção humana, que pode ligada com OBSERVAÇÃO, QUESTIONADOR ou ABSTRAÇÃO. No entanto, a palavra QUANTIZAÇÃO DA ENERGIA vem de um conceito relativamente novo, do estudo da matéria, ramificando-se no mapa conceitual em quatro caminhos, BARREIRA DE POTENCIAL, INDETERMINISMO, DUALIDADE e MENTAL.  Essas ramificações são implicações da quantização da energia, como postulados, aplicações e a matematização.

  Após essas quatro ramificações, as seguintes obedecem a uma lógica de aplicação e compreensão da física conceitual, que possibilita ir para a palavra APLICAÇÕES, no sentido de visualizações mentais e físicos, como a compreensão de como explicá-las, através das palavras chaves, SALTO QUÂNTICO, EFEITO FOTOELÉTRICO E QUANTIDADE DE MOVIMENTO.

  Algo intrínseco que envolve as palavras chaves no parágrafo anterior é a estatística, que nos leva à palavra MODELAGEM MATEMÁTICA, caindo novamente em um ciclo ao analisar a teoria do big bang, que nos leva à quantização da energia. Contudo podemos ir adiante e perceber que essa modelagem matemática se deve a manipulação e o questionamento do homem ( que está como palavra chave). Essa palavra chave nos leva ao primórdio de sua existência e o surgimento da filosofia e astronomia, que se separa em diversas ciências e a compreensão da energia de cada uma, fechando esse ciclo

  Eduardo Santos Lima

   

  Analisando esse mapa conceitual, pode-se extrair pelo menos quatros sequências didáticas, essas todas relacionadas com o tema central, a radioatividade.

   

              Sequência 1

   

  • Radioatividade;
  • Conceito Histórico (Becquerel, Marie Curie).
  • Isótopos;
  • Decaimentos Radiativos (Alfa, Beta e Gama).

              A sequência 1, relaciona a radioatividade com os conceitos históricos, trazendo alguns nomes conhecidos como por exemplo Henri Becquerel, onde pode-se utilizar o texto do autor Roberto Martins “Becquerel não descobriu a Radioatividade”. Nesse caso, os alunos deveriam ir à aula com o pré requisito de terem lido o texto. Uma aula deverá ser utilizada para discussão do texto, outra aula para discussão dos Isótopos e mais uma ou duas aulas para discussão sobre decaimentos radioativos.

   

              Sequência 2

   

  • Radioatividade;
  •  Núcleo Atômico Instável;
  •  Prótons e Nêutrons;
  • Quarks;
  •  Interação Nuclear Forte.

              A sequência 2, relaciona a radioatividade com o núcleo atômico instável, analisando forças elétricas e forças nucleares forte. Também é proposto o estudos das partículas denominadas quarks. Os alunos irão  conhecer os modelos de núcleo, constituídos de nêutrons e prótons, identificando suas principais forças de interações. Interpretar a radiação gama como resultante de transições entre níveis quânticos da energia do núcleo. Relacionar o número de nêutrons e prótons com a massa isotópica e com sua eventual instabilidade.

             

   

              Sequência 3

   

  • Radioatividade;
  •  Energia Nuclear;
  • Usinas Nucleares brasileiras Angra;
  •  Combustível (Urânio);
  •  Fissão Nuclear;
  •  Bomba Atômica(Hiroshima e Nakasaki);
  •  Segunda Guerra Mundial;
  •  Lixo Atômico;
  •  Acidentes Nucleares(Goiânia, Chernobyl e Fukoshima).

              Essa sequência é muito interessante, pois relaciona a radioatividade com a energia nuclear, um tema polêmico pelo fato dos acidentes no Japão serem recentes. Os alunos irão compreender os processos de fusão e fissão nucleares e a produção de energia neles envolvidos, aprender a buscar informações sobre geração e uso de energia nuclear, avaliando seus riscos e benefícios.

   

              Sequência 4

   

  • Radioatividade;
  •  Medicina,Medicina Nuclear;
  •  Tomografia;
  •  Raio-x;
  •  Ressonância Magnética;
  •  Tomografia por emissão de Pósitron.

              Essa sequência relaciona a radioatividade com a tecnologia, nesse caso aplicação na medicina. Com esse tema é importante abordar questão da exposição humana à radiação. Os alunos deverão compreender as transformações nucleares que dão origem à radioatividade , sua presença na natureza e em sistemas tecnológicos, com por exemplo equipamentos biomédicos. Avaliar os efeitos biológicos e ambientais, assim como meidas de proteção da radioatividade e radiações ionizantes.

              Utilizando todas as sequências, pode-se dizer que consistiria em um curso de física nuclear, onde o tema central seria a Radioatividade.

  Ernesto Cezar Evangelista

   

  Evandro Silveira de Pontes

   

  A proposta de utilizar os sistemas de informação e comunicação como ferramenta de ensino se iniciaria com os dispositivos de comunicação mais comuns no dia-a-dia dos alunos: rádios, televisão e aparelhos celulares. Com esses aparelhos podemos fazer ligações com conteúdos da física clássica, como as ondas e o eletromagnetismo, e assim estudar o espectro eletromagnético, assim como também os raios catódicos. A partir desses dois conceitos, podemos facilmente entra na discussão sobre radiações, elucidando os tipos de radiações (alfa, beta e gama) e classificando-as (ionizantes e não ionizantes), discutindo também sua utilização na medicina, como na radiografia e na tomografia.

              Com as radiações podemos puxar o assunto de linhas espectrais, entrando assim no conteúdo sobre o átomo de Bohr. Por consequência, nesse ponto teremos de estudar também os fótons e o efeito fotoelétrico. Conhecendo os fótons, é interessante discutir o princípio da complementaridade o princípio de incerteza de Heisenberg e as implicações que eles causam no novo modo de se ver a ciência, dando também um gancho interessante para se estudar a nova filosofia.

              Ao discutir os fótons, tem-se a discussão da criação e utilização de lasers, podendo ser falado de sua importância para a distribuição de uma nova mídia de informação: os CDs. Também discutindo a utilização de lasers em frequências não visíveis, como o infravermelho utilizado por controles remotos, e os componentes de recepção de luz, como foto diodos e foto transistores.

              Retornando então a atenção dos estudos ao átomo de Bohr, pode-se iniciar o estudo da física nuclear, discutindo as reações, como a fissão e a fusão, e as radiações liberadas pelo núcleo. Assim, o foco do estudo também pode englobar a geração elétrica em usinas nucleares, demonstrado a relação entre a utilização da energia nuclear e o desenvolvimento do país, discutir o lixo nuclear, sendo inclusive interessante comentar sobre o caso do acidente com Césio 137 ocorrido em Goiânia, em 1987, e também as bombas atômicas que causaram a criação de uma nova ordem mundial após a Segunda Guerra Mundial e a Guerra Fria. Também pode-se estudar os isótopos radioativos que são utilizados como radio fármacos no tratamento de várias doenças.

              Conhecendo a estrutura atômica, é possível estudar as estruturas de moléculas cristalinas, principalmente dos elementos semicondutores que compõem os componentes eletrônicos. Esses componentes estão presentes em praticamente todos os aparelhos eletrônicos, incluindo computadores, celulares, televisores, rádios, relógios e displays digitais e equipamentos de nano tecnologia, entre muitos outros. Os semicondutores também permitem um estudo sobre elementos bastante presente nos atuais dispositivos de informação e comunicação: o cristal líquido e o plasma, presentes em telas de televisores, computadores, celulares e tablets. Além disso, também há o advento da robótica graças a eles, tornando a indústria automatizada e criando avanços nos estudos de próteses mecatrônicas com capacidades sensoriais para pessoas que perderam algum membro do corpo.

              Quando discutimos os computadores, temos que discutir também a nano tecnologia, devido aos avanços nessa área que permitiram a construção de chips microprocessados que são utilizados nos dispositivos de interface humana, demonstrando como o tamanho desses dispositivos puderam ser reduzidos significativamente graças à esses conhecimentos. Também pode ser discutida a influência que a física térmica tem nesses equipamentos e as razões de se haver de utilizar ventoinhas e dissipadores de calor para evitar perda de desempenho e danos a ele.

              E, ao falar de desenvolvimento tecnológico, devemos sempre nos lembrar da importância dos polos tecnológicos e sua influencia na economia de uma nação, citando como exemplo o polo tecnológico mais importante do mundo: o Vale do Silício, na Califórnia.

  Fernando Grillo Araujo

   

  Atualmente o laser é uma importante ferramenta que está presente em diversas áreas do nosso conhecimento. O laser hoje é aplicado nas áreas de ciências humanas, exatas e biológicas, além de estar presente no dia-a-dia das pessoas como nos aparelhos de entretenimento (CD-player e aparelhos de DVD), local trabalho (indústrias de automação e tecnologia).

  De acordo com o mapa conceitual anexado a este texto é observado que o laser está vinculado a diversas áreas do nosso conhecimento sendo possível, dentro de cada área, conhecer a sua efetiva aplicação.

   

   

  Ciências humanas

  Em escritórios é muito comum as reuniões serem apresentadas com imagens em data show, onde o apresentador, a certa distância das imagens, aponta o laser para o ponto em que quer abordar na reunião.

  O uso de CDs e DVDs está cada vês mais presente nas empresas, onde através destes, pode armazenar grande quantidade de informação, vídeos e documentos digitalizados. Os CDs e DVDs são lidos através de um canhão laser que num computador recebe as informações transmitidas pelo canhão laser e codifica paras os arquivos gravados.

  Na área de telecomunicações o uso de fibras óticas tem papel importante na velocidade de transmissão de informação à distância. Uma pessoa de seu computador pode enviar e receber informação (qualquer tipo de informação) de qualquer lugar do planeta em fração de minutos (ou segundos dependendo da distância). As fibras óticas são cabos onde um feixe de luz (laser) viaja no seu interior, o interior do cabo é espelhado fazendo com que a luz seja refletida e, permitindo assim, a propagação da luz ao longo do cabo mesmo que não seja de forma linear.

  Em empresas de supermercado, para maior rapidez no atendimento de seus clientes, os operadores de caixa se dispõem de um leitor óptico, onde todos os produtos contém nas embalagens um código de barra, ao passar esse código pelo leitor, as informações e o preço do produto são mostrados no computador do caixa, que através dos recursos do programa, o computador contabiliza os produtos lidos e o valor total a ser pago pela compra feita.

   

   

  Ciências Exatas

  Na engenharia a preocupação com qualidade e segurança e rapidez tem exigido um trabalho minucioso, cada vez mais, para isso o laser tem papel de destaque em vários campos da engenharia, o mais comum são as máquinas de corte:

  ¹A máquina de corte a laser é um equipamento que utiliza alta tecnologia. Ela funciona integrada a um sistema CAD/CAM. Nesse sistema, desenvolve-se um minucioso projeto; depois, é tomado como guia um arquivo do desenho do projeto, que será executado no material trabalhado. O processo é rápido e eficiente, não demandando o desenvolvimento de matrizes.

  Para que o corte seja executado, um forte gerador produz um raio que é encaminhado para a cabeça de corte, que direciona o feixe de laser por um caminho óptico (definido através de espelhos ajustáveis). O raio, que até então apresentava baixa densidade de energia, atravessa uma lente de foco que ajusta a intensidade e o tamanho do feixe.

  Na sequência, é adicionada uma substância gasosa (dependendo do tipo de laser), e o feixe focado passa a apresentar uma alta densidade de energia. Finalmente, o feixe é convergido sobre o material a ser trabalhado, quando, então, é efetuado o corte (a densidade energética do feixe “derrete” o material na linha de corte). Gases assistentes auxiliam a máquina de corte a laser na “secagem” da peça trabalhada.

  Em pouquíssimo tempo (milésimos de segundo) a máquina de corte a laser executa o trabalho. O sistema permite que projetos complexos, cheios de detalhes e ângulos difíceis, sejam realizados de forma perfeita. (¹ texto tirado do site: http://www.cortealasersp.com.br/como-funciona-maquina-corte-laser.html)

  Nos medidores a laser, utiliza o Efeito Doppler para grandes medidas com altíssima precisão. O mesmo processo (Efeito Doppler) é usado em radares para medir velocidades em alto-estradas.

  Também nas medições de temperaturas altíssimas, com o uso de termômetro infravermelho é possível checar a temperatura com segurança e precisão (neste caso o laser funciona apenas para posicionar o termômetro onde se deseja medir a temperatura).

  Nos carros, por medidas de segurança e facilidade ao estacionar, montadoras tem inovado com sensores de presença, bem como também nas máquinas de produção, linhas de montagens e robótica, os sensores de presença tem grande responsabilidade no avanço da produção e na economia de mão de obra.

   

   

  Ciências Biológicas

  A área da saúde teve um forte impacto com o uso do laser em varias aplicações medicinal, restaurações dentárias, tratamento fisioterápico, cirurgias oftalmológicas, intestinais que até então não seria possível sem o recurso do laser, hoje representa um dos mais altos avanços da medicina na busca pela cura. As cirurgias a laser, além de mais precisas, possibilita ao paciente uma recuperação rápida, podendo logo após a cirurgia (dependendo da cirurgia) voltar à vida normal.

   

   

  Entretenimento

  É importante ressaltar que não só no avanço da ciência, más também no lazer o laser tem tido grande influência. Os aparelhos de CDs e DVDs deram inovação nas músicas e filmes e jogos eletrônicos, com alta qualidade de som e imagem, proporcionando as pessoas muito mais interatividade.

  Os CDs armazenam uma quantidade de musica muito maior que as fitas cassetes dos anos 80, seu uso também deu mais praticidade, pois as fitas cassetes tinham que ser rebobinadas caso fosse ouvi-la novamente, bem como também as fitas de vídeo (também conhecidas como fita cassete) que por suas vezes foram substituídas pelos DVDs que, além da qualidade da imagem, proporciona opções de idioma e cenas individuais do filme.

   

  Como aprofundamento maior no estudo do laser será discutido, a partir daqui, com mais detalhes, a aplicação do laser na área de ciências biológicas (conforme recorte feito sobre o mapa conceitual).

  Por estar ligado à saúde, não se trata apenas de praticidade e inovação nos trabalhos da medicina, más principalmente na questão da saúde propriamente dita. O laser possibilitou, na medicina, novas possibilidades de tratamentos e cirurgias, trazendo não apenas praticidade e eficiência, más também uma rápida recuperação de seus pacientes que, uma vez submetido a esse tipo de tratamento (ou cirurgia), em pouco tempo, podia retornar a suas atividades normalmente.

  José Andrade Junior

   

  Letícia Bonfim

   

  De um mapa conceitual podemos ter várias leituras que podem seguir diferentes caminhos  devido a relação de temas que um mapa possibilita.

  Forças é o tema escolhido para  este mapa conceitual e para a regência que será aplicada.

  A escolha deste tema está ligada diretamente ao  público alvo, alunos do primeiro ano do ensino médio que atualmente  estão aprendendo sobre a Dinâmica,  especificamente sobre as Leis de Newton no qual está contido o conceito de forças.Este tema será relacionado com a física quântica através de outros assuntos propostos no mapa conceitual.

   

  Leitura do Mapa Conceitual

   

  O caminho a ser percorrido da física clássica (leis de Newton) até a quântica começa no quadro Força, referindo-se às quatro forças fundamentais, que atualmente são consideradas interações.

  As quatro forças fundamentais serão abordadas na seguinte sequência: Força gravitacional, Força eletromagnética, Forças Nucleares.

  Estes assuntos serão relacionados com estes quatro principais da seguinte forma:

  • A Interação Gravitacional, geralmente, é relacionada  com corpos celestes, pois neles esta interação se torna mais perceptível.
  • Através dos corpos celestes, será abordado como ocorre o  processo de formação das estrelas através da fusão nuclear.
  • A interação eletromagnética é intermediada por partículas chamadas de  fótons, que liberam quantidades de energia bem definidas.
  • A luz pode se comportar como uma onda ou como partícula (fótons), este fato é conhecido como dualidade onda partícula.
  • A radiação eletromagnética é classificada de acordo com a frequência na qual é emitida, podendo ser ondas de rádio, infravermelho, raio x, etc. É no espectro eletromagnético que está contido os diversos tipos de eletromagnética que contêm ondas de rádio, microondas, infravermelho, luz visível (sendo esta a que conseguimos enxergar), raios ultravioletas, raio x e radiação gama.
  • As interações nucleares estão presentes nos átomos que são constituídos por partículas.

  A palavra nuclear está ligada à questão das usinas e bombas nucleares, que possuem um papel fundamental em nossa vida, assim como as demais radiações.

  Tanto uma bomba nuclear quanto uma usina nuclear (que é utilizada como fonte de energia) causa impactos sociais, políticos econômicos e biológicos.

  Lidio Santos Pereira

   

  Interdisciplinaridade com a Energia Nuclear    

   

  Na história,  pode ser trabalhado os acidentes, por exemplo, Hiroshima e Nagasaki, Chernobyl,  Césio 137, o programa nuclear brasileiro, abordando as origens da politica, o primeiro acordo durante a segunda guerra mundial, o desenvolvimento da tecnologia, o acordo nuclear Brasil e Alemanha entre outros.

   

  Na Arqueologia, os historiadores usam material irradiado, o carbono 14, para fazer a datação de peças com valor histórico.

   

  No meio ambiente, usado para a detecção de poluentes, ou seja, técnicas para determinar a quantidade e o local de ocorrência de poluentes no ar, no solo e agua através da radioatividade emitida por radioisótopos.

   

  Na Indústria usa bastante a energia nuclear, por exemplo: Diagnóstico  de equipamentos, medições, vazamentos, tratamentos de pedras.

  Diagnostico de equipamentos: as radiografias podem ser usadas revelar um equipamento quebrado dentro de uma maquina  ou  uma tubulação rompida de um oleoduto.

  Medições: uma fonte de radiação e um detector são empregados para medir espessura, densidade ou nível de materiais em processo industriais.

  Vazamentos: Radioisótopos adicionados ao fluxo de líquidos e gases permitem uma fácil detecção de vazamentos dessas substâncias em processos fabris.

  Tratamentos de pedras: cristais, topázio, diamante e pérola recebem radiações ionizantes para mudar suas cores e aumentar o seu valor. 

   

  Na Agricultura, outro meio em que a energia nuclear está presente. Na conservação de alimentos, isto é, a irradiação preserva por mais tempo frutas ou legumes que precisa ser transportadas por longas distâncias. No desenvolvimento de semente, ou seja, radioisótopos altera o código genético das sementes para que se tornem mais resistentes as pragas. Outra aplicação da energia nuclear na agricultura é os estudos dos solos que fertilizantes marcados com elementos radioativos possibilitam o estudo de processos de absorção de nutrientes pelas plantas e de infiltração da água no solo.

   

  Na saúde é onde a energia nuclear está mais presente dos dias de hoje, exemplos são: Medicina nuclear, fabricação de drogas, esterilização, radioterapia contra o câncer, diagnóstico tratamento de queimaduras.

  Medicina nuclear: uma pequena dose de substâncias radioativas é injetada na veia do paciente com o objetivo de diagnosticar doenças ou mal funcionamento dos órgãos.

  Fabricação de drogas: os hormônios de crescimento, usados para tratar crianças com nanismo, são produzidos em biorreatores.

  Esterilização: materiais plásticos, como seringas e luvas, são irradiados para a indústria farmacêutica em processo de esterilização.

  Radioterapia contra o câncer: Uma dose elevada de radiação contra a região afetada, atacando e destruindo as células cancerosas.

  Diagnóstico: aparelhos de raio x, tomógrafos e equipamentos de ressonância magnética empregam radiações para mostrar uma imagem interna do corpo do paciente e ajudar no diagnóstico de doenças.

  Tratamento de queimadura: membranas de hidrogel usadas para tratar queimaduras são expostas à radioatividade durante o processo de fabricação.

  Odilon Batista

   

  Nas aplicações podemos destacar o emprego das tecnologias e métodos desenvolvidos que a física nuclear e de partículas possibilitou: Na medicina muitos tratamentos clínicos como irradiação de pacientes após cirurgias de eliminação de câncer na cabeça; a esterilização de equipamentos cirúrgicos no combate a infecções hospitalares; a irradiação de tecidos para transplante para a eliminação de contaminantes biológicos; na fabricação de radiofármacos para identificação de tumores por menor que sejam. Na fabricação de equipamentos bélicos como as temidas bombas nucleares e na propulsão de submarinos com reatores nucleares que diferenciam dos submarinos movidos a diesel e eletricidade, possibilitando-o emergir não mais para reabastecer de ar ou baterias e sim quando necessário. Na agricultura a esterilização de vegetais e grão por irradiação para serem exportados impossibilitando casos exportação de pragas agrícolas, também no controle das mesmas gerando isentos estéreis com isso controlando a população de dos insetos.

  Na indústria com a produção de energia elétrica, pesquisas com materiais de nanoestrutura e irradiação de minerais para aumentar seu valor no mercado. Na Arte e Arqueologia para datação de pesas e obras de arte como exemplo a datação do “Sudário de Turim”. Na cosmologia ou engenharia espacial destaca-se a pesquisa em métodos de detecção de partículas cósmicas para estudo de sua origem e para o aprimoramento da segurança de estação espacial. Em pesquisas na área de Química a procura de novos elementos e o estudo da teoria da estabilidade do nuclear em relação à quantidade de hádrons encontrados na formação do núcleo atômico. Na Biologia tem-se o estudo em ciências moleculares, identificação de contaminantes radioativos e seus efeitos. Pode-se destacar também a relação histórica social e política que o estudo e desenvolvimento tecnológico nesta área de conhecimento proporcionaram; as mudanças conceituais diversas na maneira de se fazer ciência e do pensamento cientifico filosófico.

  

  Rodrigo Foleis

   

  O objetivo do estagio é utilizar conexões entre diferentes conteúdos e áreas do conhecimento para introduzir a física quântica, pensando esse objetivo escolhi o tema efeito fotoelétrico.

  Esse tema tem diversão conexões como a biologia no processo de produção de vitamina E, na historia da ciência com o estudo de Hertz ate Millikan, e traz a física como um bloco maior nos estudos da optica, eletromagnetismo e ondulatória estudando o espectro eletromagnético fazendo assim a ligação com a física quântica e possibilitando o estudo da dualidade onda-partícula da luz, este tema também teve um aprofundamento na filosofia, pois introduziu um individuo (a partícula de luz). Outro ramo grande do mapa conceitual criado para este tema foi as aplicações, com os sensores ccd e cmos que se encontra na fotografia digital tendo um olhar artístico, a utilização de fotos aéreas  para estratégias militares, na medicina a utilização de câmeras em cirurgias, na publicidade com criações de imagem de divulgação e comerciais de televisão analisando os sensores com a utilização de câmeras filmadoras tem um grande papel na comunicação dos dias atuais tendo importância ate nos esportes como transmissão de jogos.

  Ronaldo Salgado Vieira

   

  Talvez não exista fenômeno tão fascinante como a força à distância experimentada por um ímã. Aliando as propriedades magnéticas ao campo magnético terrestre, a humanidade desenvolveu um importante instrumento de navegação, (a bússola), que foi fundamental para história.

  Da mesma forma que suas agulhas imantadas sempre apontam para o norte devido à atração magnética, os animais parecem também ter uma certa atrassão, ou uma espécie de radar magnético. Essa é a conclusão que pode ser tirada da pesquisa publicada na publicação científica "Proceedings of the National Academy of Sciences", realizada por uma equipe vinculada à Universidade de Duisburg-Essen (Alemanha)..
  De acordo com os pesquisadores, isso pode sugerir que haja um "sexto sentido" magnético presente em todas as espécies animais.

  As propriedades magnéticas de um material determinam como ele se comporta na presença de um campo magnético externo. Pedaços de ferro se magnetizam na presença de um campo,  já um corpo de vidro quase não e afetado. Então podemos nós questionar que tais propriedades são determinadas por diferentes fatores, como por exemplo sua composição química ou a maneira como seus átomos se organizam.

  Hoje, apesar de ser quase imperceptível, ainda dependemos muito de materiais magnéticos, presentes em motores, transformadores, dispositivos de armazenamento magnético, entre outros. Assim, o desenvolvimento científico e tecnológico influenciou e foi influenciado por esses materiais.   .

  Na indústria onde esse tipo material e utilizado em larga escala, e natural que se busquem novos materiais com propriedades magnéticas interessantes e diferentes dos tradicionalmente empregados, como os metais e óxidos de metais.

  Uma alternativa que tem sido investigada recentemente e alcançado avanços rápidos e promissores, que são os materiais magnéticos orgânicos ou moleculares.

  A capacidade de sintetizar novas estruturas magneticas na escala de dimensoes nanometricas tem levado ao descobrimento sucessivo de varios fenomenos em magnétismo com amplas possibilidades de utilizacao na area de magneto-eletronica ou spintronica. A possibilidade de transporte eletrônico com polarizacao de spin trouxe o magnetismo para o dominio dos dispositivos eletronicos.

  Tecnologias alternativas para processamento e armazenamento de dados, utilizando paredes de dominio magnetico em nanofios, vem sendo propostas. Estas tecnologias criariam a memoria universal que serviria tanto para o processamento em tempo real como para o armazenamento nao volatil de informacoes.

  O desenvolvimento histórico dos modelos atômicos truxeram a possibilidade de entender como se comportam as proriedades magnéticas na estrutura atômica, e a mecânica quântica foi essencial para conhecer o conceito de momento magnético.

  Recorrendo ao modelo de Bohr podemos supor que cada elétron de um átomo descreve uma órbita (circular) em torno do núcleo atômico sendo portanto equivalente a uma corrente microscópica. Esta corrente origina um campo magnético idêntico ao que seria criado por um dipolo magnético colocado no centro da corrente circular. Este dipolo equivalente á corrente circular é caracterizado por um momento magnético, o momento magnético orbital.

  Além disso , cada elétron se comporta como tivesse um momento magnético intrisseco, o momento magnético de spin (ou simplesmente spin)

  Efeitos quanticos tais como injecao de spins, tunelamento de spins, espalhamento de spins, corrente de spin, efeito Hall de spin, etc. estao cada vez mais proximos de se transformar em aplicacoes tecnológicas reais.

  O tipo de átomo e um dos fatores determinantes para a magnetização do material. Sabemos que os elétrons contribuem para a magnetização dos átomos com seu spin e seus movimentos, fazendo com que cada átomo se comporte como um pequeno ímã.

  Nos átomos, existe grande atividade elétrica entre suas partículas, sendo assim, existem campos magnéticos elementares que se relacionam entre si. Qualquer campo magnético possui polos Norte e Sul, por menor que seja. Na maioria dos materiais, os polos desses campos elementares não estão alinhados (estão de forma aleatória), e, portanto as propriedades magnéticas são quase nulas. Já nos ímãs naturais, os campos estão alinhados e se somam, trazendo propriedades magnéticas relativamente intensas ao material.

  Em metais de transição (como o ferro, níquel, cobalto e magnésio) quando isolados, possuem um momento magnético, que resulta das contribuições dos momentos orbitais e de spin dos elétrons. Nos sólidos os campos elétricos dos íons vizinhos destroem, em geral, a contribuição dos momentos orbitais, mas não consegue destruir as contribuições de spin, isto porque um campo elétrico não faz acoplamento dos momentos de spin.

  Existem vários tipos de classificações dos materiais, com base na amplitude, sinal e efeitos de temperatura e da sua resposta a um campo magnético externo aplicado podem classificar-se como diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnéticos, antiferromagnéticos entre outros.

  Viviana Vicente

   

  Na sequência das aulas de estágio, o orientador solicitou que cada aluno explicasse cada tópico presente no mapa. Então, como estava indecisa por qual parte começar novamente fiz uma análise do mapa e lembrei-me que todas as vezes que vou ao mercado, e necessito verificar o preço dos produtos o qual desejo comprar, é utilizada uma máquina com o laser. Logo, fiz a ligação entre o laser, o preço encontrado pelo código de barras e o leitor ótico. Este código é formado por uma sequência de números e determinarão quanto de dinheiro irá custar o objeto que desejo comprar. De acordo com o valor pago, isto irá interferir na entrada e saída de capital do mercado, ou seja, na Contabilidade.

   A Contabilidade envolve o trabalho dos números apresentados em uma folha de despesas e lucros. Para tal relação, será necessário utilizar uma calculadora a fim de conseguir obter dados para que seja efetuado um planejamento. Nesse serão envolvidas as quatro operações básicas que são: adição, multiplicação, divisão e subtração. Ao mencionar no mapa as operações, recordei-me o tempo em que cursava a segunda série do primário e a segunda matéria em que tive mais aulas foi matemática. Sabendo que a Física possibilita uma ampla gama de experimentos com laser, a matemática sem dúvida é essencial para efeito de cálculos com dados experimentais.

  No nosso cotidiano é fundamental que saibamos fazer cálculos. Desta maneira teremos uma probabilidade maior de conseguirmos controlar nosso dinheiro para pagar as contas. Por este motivo, destaquei em específico a luz devido a conta de energia elétrica.

  Ao analisar os fenômenos que a natureza nos proporciona, iluminei os meus pensamentos e lembrei que ela nos fornece o arco-íris. Esse ocorre através de ondas refratadas. No entanto, hoje em dia é possível criar um arco-íris fictício com feixes paralelos do laser. Um pesquisador chamado Yvette Marteen (na Irlanda do Norte) criou e ficou espetacular.

  Continuando a discussão acerca da luz, lembro-me da série de eletrodomésticos e aparelhos eletrônicos que dependem dela para funcionar. Com a luz consigo também ligar um osciloscópio e medir a oscilação de uma onda. Através de determinados tipos de frequência, temos as ondas de rádio.

   Retomando o tema central, dos lasers, posso destacar que é possível fazer um experimento que reproduz o papel da fibra ótica com uma simples garrafa de água. A fibra ótica é por onde são transportadas as informações em que chegam o nosso telefone. Uma inovação que cientistas estudam é a criação de um Hidrofone (microfone que funciona embaixo d’água) que é construído com itens como fibra, laser e detector. Esse último efetuará a leitura da vibração dos diafragmas produzidos pela água e tentará traduzir os sinais para sons.

  O laser está presente também em sensores que possuem a função de detectar a presença de um indivíduo na porta do elevador.

  Creio que vale apena mencionar, para os alunos, o papel em que o laser exerce nas artes. Pois, embora muitas pessoas não saibam, atualmente temos desenhos em que utilizam a técnica de Holografia baseada nele.

  Toda vez que utilizo uma ponteira com laser, observo que ele tem uma lâmpada que, quando ligada, depende da energia para manter se acesa. Reflito que quando temos a elevação de uma temperatura, temos a presença de calor.

  As Ciências biológicas evoluem a cada dia e através de uma série de trabalhos desenvolvidos, estudando o corpo humano, encontramos a utilização de equipamentos com laser na medicina. Alguns exemplos são as cirurgias realizadas na visão e também para destruição de cálculos renais em um paciente. Na área Biológica, com o avanço tecnológico, atualmente o laser pode ser utilizado para contagem e identificação de células hematológicas pelo seu tamanho e complexidade. Além disto, recentemente surgiram estudos em que comprovam que o ele pode quebrar moléculas de água produzindo assim o hidrogênio. Este elemento, Hidrogênio, é encontrado em uma série de compostos químicos e inclusive na matéria orgânica dos seres humanos. Enfim, conjuntos de células formam os órgãos. A pele é o maior órgão do corpo humano e ela sofre com uma série de fatores que causam o envelhecimento, para retarda-los são utilizadas máquinas capazes de aquecer as camadas mais profundas da pele, tendo como resultado a contração muscular, estimulando o colágeno e como consequência diminuindo a flacidez.

   

  Não posso me esquecer do papel fundamental que o tema tem na história da ciência. Pois, no passado foram criadas armas para utilizar na guerra fria em que tinham laser no seu desenvolvimento. O filme chamado Jornada nas estrelas tem a presença de armas surpreendentes.

   Comemoramos cinquenta anos do laser, mas do mesmo modo que ele é muito útil em nossas vidas temos também o lado negativo. Existem pessoas em que ao irem assistir uma partida de futebol, lançam a ponteira dele nos olhos dos jogadores e isto pode até causar cegueira.

  Ao focar nas ciências exatas, temos a física quântica que por sua vez nos fornece uma série de opções para trabalhar com experimentação de baixo custo no ensino médio. Nela existe um campo de pesquisa chamado Ótica Quântica. Esse campo é responsável em estudar a aplicação da mecânica quântica aos fenômenos que se relacionam com a luz e a sua interação com a matéria.

  Em 1960, pesquisas com o laser ganharam espaço. Citando o campo da ótica, suponho que ela remete ao trabalho com luz e na sequência me lembro da grande importância que um semáforo a Laser tem. Ele consegue estipular uma regra para os portadores de habilitação, podendo assim evitar acidentes.

  Um equipamento em que trabalha a Ótica é a câmera fotográfica digital. Ela nos permite visualizar fotos instantaneamente. Quanto maior o número de pixels, melhor será a sua resolução. Para uma melhor visualização, utilizo um computador. Em falar em computador, pesquisadores procuram utilizar um laser chamado de Germânio. Esse promete deixar o processador do computador mais rápido e sem excesso de calor.

  Retomando o tema Ótica, penso no que o surgimento do laser pode ter revolucionado a vida das pessoas. Pois agora lente de contato é coisa do passado, cientistas prometem que futuramente será possível alterar a cor dos olhos com ele.

  Para aquelas pessoas que possuem defeitos de visão a melhor forma de correção ainda continua sendo os óculos, cujas suas lentes podem ser cortadas a laser. Dois tipos de lentes mais conhecidas são: divergente e convergente.

  Temos também em ótica, pistolas a laser que conseguem medir a velocidade de um carro através do tempo de reflexão das ondas sonoras. A luz da pistola de velocidade a laser se move muito mais rápido do que o som, algo em torno de 300 milhões de metros por segundo. Logo, se tenho uma velocidade maior, tenho um espaço percorrido maior.

  Não podemos esquecer também, que com ele é possível fazermos demonstrações experimentais do comportamento de uma onda de acordo com o meio em que ela se encontra. Em termos de fenômenos, obtidos através da onda temos: refração, reflexão, absorção e difração.

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  PE3 - 2012_01

  Apresentam-se abaixo representações gráficas e textos elaborados por licenciandos participantes da Oficina de Projetos de Ensino III desenvolvida no 1º semestre de 2012.

  Fernanda Rocha Carvalho

   

  Na realização do mapa conceitual o objetivo foi organizar todas as informações, embora sem ter limites, ou seja, a intenção era cada vez mais ampliar o mapa “fugindo” para outras áreas. Diante disso surgiram as seguintes idéias:

  • Na área de Física: Pode-se trabalhar com a Mecânica no conteúdo de conservação do momento (nave espacial sendo movimentada), no Eletromagnetismo, o conceito de magnetismo terrestre e suas conseqüências nas radiações ionizantes vinda do espaço e as radiações provindas do sol (espectro eletromagnético), na Elétrica, trabalhando com o efeito fotoelétrico, na Termodinâmica, estudando as diferenças de pressão e a temperatura do corpo de um astronauta, na Física Moderna, trabalhando o conteúdo de nanotecnologia e astronomia.
  • Na área de Biologia: Podem-se abordar alguns conceitos como a História do DNA, radiações na medicina, formação de câncer e os mecanismo para ter vida em Marte (Efeito estufa).
  • Na área de Química: Unidade de medidas, ordem de grandeza, elementos da tabela periódica presente em marte.
  • Na temática da Ciência, Tecnologia e Sociedade: Profissões de Risco, experiências com animais (trazendo discussões mais críticas), acidentes nucleares, importâncias dos laboratórios nacionais e internacionais. 

  Marcia Neves

   

  Relação entre luz e cores, espectro visível, espectro eletromagnético.

  Partimos do espectro eletromagnético para o tratamento da luz como onda. Relacionamos velocidade da luz (300 mil km/s), frequência e cor. As frequências determinam as cores para a luz, assim para uma determinada faixa de frequências se podem observar as cores, e essa faixa de cores é chamada de espectro de luz visível. Tomemos como exemplo a luz vermelha que é uma luz de menor frequência e consequentemente menor energia, já o violeta é uma luz de maior frequência e nos submete a maior energia.

  
  λ = c/f
  Existe uma relação entre comprimento de onda (λ) e frequência (f), onde o comprimento da onda é dado pela divisão da velocidade da onda (no caso a velocidade da luz (c = 3×108m/s)), pela frequência da onda.

  Existem dois tipos de cores primárias: o primeiro está relacionado com as cores pigmentadas e o segundo com as cores (frequências) da luz. As cores primárias pigmentadas são o amarelo, o magenta e o ciano, enquanto que as cores primárias da luz são o verde, o vermelho e o azul. Veja tabela a seguir:

  Cor	Pigmento	Luz
  Verde	Amarelo + Ciano	Cor Primária
  Amarela	Cor Primária	Verde + Vermelha
  Azul	Magenta + Ciano	Cor Primária
  Vermelha	Amarelo + magenta	Cor Primária
  Magenta	Cor primária	Azul + Vermelho
  Ciano	Cor primária	Verde + azul
  Branca	Ausência de Pigmentos	Mistura de todas as cores
  Preta	Mistura de todos os Pigmentos	Ausência de Luz

  Quando vemos um objeto branco é porque, na verdade, ele está refletindo toda a luz que incide sobre ele. Quando vemos um objeto negro, é porque ele está absorvendo toda a luz que incide sobre ele. Entre um corpo que reflete toda a luz (objeto branco) e um objeto que absorve toda a luz (objeto negro), temos objetos que refletem algumas cores e absorvem outras.

  A maioria das ondas eletromagnéticas é invisível para nós: micro-ondas, ondas de rádio, infravermelho, ultravioleta, raios X etc. A luz visível corresponde a faixa de frequências que nossos olhos podem detectar, de 4x10¹⁴ Hz a 7,5x10¹⁴ Hz. Essa faixa do espectro visível é apenas uma pequena porção quando comparada ao vasto mundo das ondas eletromagnéticas que nos rodeiam.

  Os equipamentos que temos acesso no dia a dia como um celular, por exemplo, tem seu funcionamento baseado na excitação de elétrons no fio que, ao se moverem, emitem ondas eletromagnéticas que são captadas por um telefone, a mesma explicação serve para a captação de ondas de rádio, ou seja, estamos rodeados de ondas eletromagnéticas. A variação do campo eletromagnético gera eletricidade e, do mesmo modo, a variação do campo elétrico gera um campo eletromagnético, isso está associado ao funcionamento de muitos aparelhos e equipamentos que utilizamos em nosso cotidiano como ventiladores, rádios, computadores, televisores, secadores de cabelo, chuveiro elétrico etc.

  radiação solar, calor, efeito estufa, vida, fotossíntese

  O efeito estufa é um mecanismo natural que ocorre na Terra devido a sua atmosfera. O planeta Terra recebe diariamente a energia do Sol, que é absorvida e reemitida para o espaço na forma de calor (radiação infravermelha). Uma parcela desse calor volta para a Terra, refletida pela atmosfera que, além de vapor d’água, tem também o gás carbônico ou dióxido de carbono (CO2), o metano ou gás natural (CH4) e o oxido nitroso (N2O), entre outros que causam esse fenômeno.

  Esses gases permitem a passagem da luz solar (radiação na faixa do visível), mas absorvem a radiação infravermelha emitida pela Terra, devolvendo-a para a superfície (isto é, interage com as moléculas estufa e a reflete em todas as direções), pois uma de suas propriedades é ser transparente para a luz branca e opaca para a radiação infravermelha. Isso mantém a Terra aquecida durante o dia, temperatura de certa forma elevada, e durante a noite, conservando uma amplitude térmica moderada (mesmo presentes na atmosfera, o oxigênio e o nitrogênio não colaboram para o efeito estufa, visto que são transparentes tanto para a luz solar como para o infravermelho). Dessa forma torna possível a existência de vida no planeta.

  Certos organismos convertem energia luminosa em energia biológica, produzindo carboidratos, fotossíntese. Isso ocorre nos cloroplastos, as estruturas celulares responsáveis pela fotossíntese nas plantas, e que contém a clorofila, pigmento fotorreceptor.

  Os elétrons que estão nos níveis mais elevados de energia são mais facilmente excitados, pois a energia que os liga ao núcleo é bem menor. Esses elétrons mais externos são responsáveis pelas variações de energia no átomo que resultam em emissão ou absorção da luz visível. Quando a radiação é absorvida por um átomo ele faz transição de um estado de menor energia para um estado de maior energia.

  Os fótons na faixa da luz visível possuem um nível energético suficiente para excitar os elétrons das moléculas que os absorvem podendo gerar reações químicas ou fotoquímicas. A energia absorvida pelos fotorreceptores é transformada em energia de excitação eletrônica e então canalizada para as reações bioquímicas.

  Radiação solar, nanotecnologia, filtros ou bloqueadores solares, efeito fotoelétrico

  A luz solar chega à Terra de três formas: luz infravermelha (calor), luz visível e ultravioleta. A luz ultravioleta é classificada em três categorias:

  • UVA (315 a 400 nm), também conhecida como luz negra, que causa o bronzeamento.

  • UVB (280 a 315 nm), que causa danos na forma de queimaduras solares.

  • UVC (100 a 280 nm), que é filtrada pela atmosfera e nunca nos atinge.

  Noventa e nove por cento da radiação UV do sol ao nível do mar é UVA. A radiação UV é refletida por diferentes superfícies: a neve reflete 90% da luz UV; A areia pode refletir até 20% do UVB. Por outro lado, certas coisas absorvem quase toda a radiação UV: O vidro é uma dessas substâncias - muitos vidros são excelentes absorvedores de UV. A maioria dos protetores solares usa produtos químicos que têm as mesmas propriedades de absorção de UV.

  Há substâncias que aplicadas sobre a pele protegem a mesma contra a ação dos raios ultravioleta (UV) do sol, eles podem ser químicos (absorvem os raios UV) ou físicos (refletem os raios UV).

  Os filtros solares podem ser entendidos como produtos da física quântica, ou seja, dos avanços científicos e tecnológicos atuais.

  O funcionamento desse dispositivo de barreira aos raios ultravioleta do Sol para proteger a pele humana é baseado no efeito fotoelétrico. Isso quer dizer que esse produto contém um metal (nanopartículas de dióxido de titânio, por exemplo) que absorve energia solar (radiação eletromagnética) e depois ejeta fotoelétrons (elétrons são arrancados do metal). Para que ocorra o efeito fotoelétrico é necessário haver energia suficiente para quebrar a ligação atômica do elétron e “liberá-lo”, ou seja, a energia do fóton hf deve ser maior que a função trabalho φ.

  

   Figura 2: Fotoelétrons são ejetados do metal. (Imagem: IF - USP).

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  A Célula Fotoelétrica, ou “olho elétrico”, é usada principalmente em estabelecimentos comerciais para informar a chegada de clientes. Ela é constituída por uma lâmpada que envia luz a uma placa receptora e alguns circuitos elétricos. O som é disparado ao romper o fluxo de elétrons na placa pela passagem de uma pessoa pelo portal. Esse mesmo mecanismo se vê no acionamento de portas de lojas, elevadores etc., onde os elétrons “arrancados” da placa metálica pela luz fecha o circuito que aciona um eletroímã (“relê”), que faz funcionar um motor elétrico.

  Há outro equipamento que pode ser descrito por alterações na disposição dos elétrons do material, no caso um derivado do dióxido de vanádio adicionado aos vidros, que reflete a luz infravermelha, se a temperatura aumentar mais que 29°C, diferente dos já conhecidos que bloqueiam luz e calor, essa diferença se torna útil, pois impede o aquecimento excessivo no local já que a temperatura modifica a estrutura do material modificando também suas características.

  As propriedades do dióxido de vanádio são baseadas em sua capacidade de alternar entre as características de um metal e de um semicondutor. A alteração entre a reflexão e a absorção de calor é acompanhada por uma pequena mudança na estrutura do material, que sofre uma alteração no arranjo dos elétrons. As ligações vanádio-vanádio são estáveis abaixo da temperatura de transição, travando os elétrons e impedindo a condução. Acima da temperatura de transição, essas ligações vanádio-vanádio se quebram e os elétrons ficam livres para conduzir eletricidade, o que dá ao material o comportamento de um metal.

  Outro caminho de mapa conceitual pode sugerir a discussão a partir do uso de equipamentos como lâmpadas e lasers

  Nos controles remotos, relógios digitais, semáforos, faróis e iluminação interna e externa de automóveis, celulares, telas de televisão, letreiros etc. estão presentes os leds.

  Podemos citar ainda equipamentos que apresentam luminescência, ou seja, o material absorve energia e os elétrons saltam para níveis mais energéticos (instáveis) e quando retornam para o nível mais estável emitem luz (fótons). Se a emissão de luz estiver condicionada ao estímulo, o fenômeno é chamado fluorescência (lâmpadas, leds), se a emissão de luz é lenta e permanece mesmo após cessar o estímulo (ponteiros de relógio, painel de carro), o fenômeno é chamado de fosforescência.

  Há também a luz negra, uma lâmpada de descarga de corrente que não tem revestimento de fósforo, como as lâmpadas brancas, e o vidro é escuro pelo qual passam apenas as radiações ultravioleta que brilham ao incidir sobre objetos claros ou com fósforo na composição. As lâmpadas de néon emitem luz diretamente dos átomos de neônio excitados (ionizados) pela descarga de corrente, e para variar a cor da luz emitida basta mudar o gás dentro da lâmpada.

  No raio laser, a luz é composta apenas de uma cor e, portanto, o comprimento de onda é o mesmo. Os movimentos das ondas são todos coincidentes. Um raio laser envia um estreito feixe de luz em uma única direção e é muito potente porque concentra a luz.

  • A luz comum (branca) é uma mistura de comprimentos de onda (cores) e as ondas coincidem parcialmente.

  • A luz de uma cor tem um único comprimento de onda e as ondas coincidem parcialmente.

  • A luz laser tem um único comprimento de onda e as ondas são todas coincidentes

  Um laser tem em seu interior um cristal (semelhante a um rubi) ou um tubo de gás (dióxido de carbono, criptônio ou argônio). Uma fonte de energia (um flash, por exemplo) dirige a energia ao cristal ou gás. Quando há uma concentração suficiente de energia, ela é liberada como um intenso raio de luz laser.

  Um laser consiste principalmente de 3 partes. A primeira parte é o chamado meio ativo, que pode ser gasoso, sólido ou líquido. Essa parte do laser é a que contém os átomos ou moléculas, as quais contêm os elétrons que, através dos saltos de níveis de energia emitem luz (fótons), que finalmente constituirão a luz laser. De um modo geral, um sistema constitui um bom meio ativo quando os elétrons conseguem permanecer um tempo relativamente longo (10-4 s) em um estado excitado (normalmente um elétron permanece apenas 10-10 s no nível excitado). A quantidade de energia absorvida ou emitida pelo elétron nas suas transições de órbitas é denominada “fóton”. A figura 3 ilustra esses processos.

  

   Figura 3: processos de absorção e emissão de fótons nas transições de órbitas.

  Para que os elétrons saltem para seus níveis mais energéticos, é preciso fornecer energia. Esse é o trabalho de uma fonte externa de energia, que é a segunda parte principal do laser.

  A terceira parte importante do laser é a cavidade ótica ou ressonador. Sua função é justamente a de fazer com que os fótons que emergem do sistema voltem para ele, produzindo mais e mais emissão estimulada. Isso é feito por meio de espelhos que são colocados nas extremidades dessa cavidade e provocam a reflexão dos fótons de volta à amostra.

  A luz do laser provém justamente da emissão que ocorre quando elétrons decaem de seus níveis energéticos de forma estimulada, produzindo um feixe de luz onde todas as pequenas porções (fótons) comportam-se identicamente. Todos esses fótons que emergem do sistema são novamente jogados sobre ele por meio do uso de espelhos, que são colocados em cada extremidade da amostra. A vantagem nessa operação é que, fazendo com que os fótons emitidos pela amostra interajam mais com os átomos desta, maior será o número de fótons emitidos através do processo de emissão estimulada, aumentando a quantidade de luz que sairá do sistema.

  O uso dos equipamentos citados traz a preocupação social e ambiental com o seu descarte

  Outro aspecto muito importante em relação a esse tipo de lâmpada é o seu descarte. Por possuírem mercúrio e fósforo, não podem ser jogadas no lixo comum. Esses elementos são extremamente tóxicos para o homem e para o meio-ambiente. O fósforo favorece o surgimento de câncer e provoca lesões nos rins e no fígado. O mercúrio pode afetar a pele, olhos, vias respiratórias e sistema nervoso.

  No Brasil, a reciclagem dessas lâmpadas ainda é muito cara e pouco realizada. Apenas 6% das lâmpadas fluorescentes são recicladas, sendo que 100 milhões são consumidas por ano! Para onde vão o mercúrio e o fósforo dos outros 94%? Isso pode então ser encarado como desvantagem ambiental?

  Algumas considerações

  É importante notar que a leitura feita aqui é particular e qualquer um que leia o esquema inicial poderia fazer várias leituras diferentes assim como a escolha dos tópicos e as diferentes pontes entre as áreas do conhecimento. Para cada um esse esquema inicial propõe um mapa conceitual diferente e também acreditamos que o estudante fará uma construção mental dessa rede de forma diferente. Por isso acreditamos que o ensino em rede torna o aprendizado muito mais rico e significativo.

  Patricia Vilarin

   

                  Como é possível observar, o esquema acima traz Radiação como tema central e dela surgem diversas intersecções sendo que não existe necessariamente um começo ou um fim. Com isso, fica claro que não há necessidade de que se trabalhe um conteúdo em específico para compreensão de outro, mas que existe a possibilidade de inter-relacioná-los de tal forma que o estudo de um fenômeno não se encerre em si mesmo.

        A proposta foi começar pelo tema radiação, pois se observarmos nossa sociedade perceberemos que este é um tema muito discutido, mas que nem sempre as pessoas sabem exatamente o que é e quais os riscos ou benefícios que ela pode nos trazer.

                   Como já explicitado existem diversas maneiras de se relacionar os subtemas, porém para discussão de cada item caminharemos no sentido anti-horário a partir do subtema funcionamento de lâmpadas e lasers. Como a intenção é que haja uma correspondência com aquilo que os alunos estão aprendendo, uma questão que pode ser tomada como ponto de partida é “por qual motivo uma lâmpada incandescente acesa aquece muito mais que uma fluorescente?”. Com essa discussão, é possível mostrar que existe uma explicação clássica para a primeira e quântica para a segunda. Então já existe aí a possibilidade de introduzir uma primeira ideia de energia quantizada, sendo possível discutir, também, o funcionamento do laser (sucintamente, o laser funciona da seguinte maneira: quando um átomo se excita suficientemente para alcançar a sua última camada de valência -seu estado excitado ou nível metaestável- ele deixa sua lacuna, isto é, seu lugar de origem, vazia, e ao retornar a essa lacuna -não necessariamente o mesmo elétron- emite uma radiação eletromagnética).

                   O laser emite uma radiação eletromagnética, sendo necessário compreender que não existe uma única maneira de explicá-la. Sob uma perspectiva quântica, a radiação eletromagnética é concebida como o resultado da emissão de pequenos pulsos de energia, enquanto que sob uma perspectiva ondulatória, a radiação eletromagnética se propaga na forma de ondas formadas pela oscilação dos campos elétrico e magnético.      O conjunto  das radiações eletromagnéticas é conhecido como espectro eletromagnético. Ao se discutir o espectro eletromagnético, pode-se destacar o raio X, muito utilizado para verificação de lesões ósseas e também para diagnóstico de alguns problemas internos de saúde.  Além disso, o uso do raio X foi decisivo na descoberta do DNA, através do fenômeno de difração.

                              Ainda que possibilitando um diagnóstico rápido e bastante preciso, a exposição excessiva aos raios-X, pode também causar sérios problemas a saúde, como o desenvolvimento de câncer. Então, podemos evidenciar como são realizados esses procedimentos em hospitais e ainda ampliar essa discussão para quais são os tipos de radiação em que as pessoas estão expostas e, por fim, o que seria um tratamento radioterápico. De maneira geral, pode-se definir que a radioterapia é o uso de radiações ionizantes com o objetivo de destruir ou inibir o crescimento celular. Existem duas formas de tratamento com radiação, a teleterapia e a braquiterapia, que podem ser utilizadas de forma isolada ou associada. Teleterapia ou radioterapia externa é a forma de radioterapia mais frequentemente empregada, com feixes de radiação de alta energia sendo produzidos por um acelerador linear, sendo dirigidos para o corpo do paciente e atingindo áreas pré-determinadas pelo médico. Na braquiterapia ou radioterapia de contato, a radiação provém de materiais radioativos que são colocados no interior do paciente, próximas a estruturas a serem tratadas, de forma temporária ou permanente.

                 Sabendo que a utilização de materiais radiativos são úteis como verificado no parágrafo anterior, podemos discutir a problemática das usinas nucleares, como sobre sua necessidade e seus respectivos riscos, como é o funcionamento de um reator nuclear e como estipular um nível de segurança para o desenvolvimento dessas usinas.

  A energia nuclear está na força que mantém os componentes dos núcleos unidos (prótons e nêutrons). Quando estes componentes são separados, há uma grande quantidade de energia liberada, que pode ser calculada pela equação de Einstein: E = mc², onde E é a energia liberada, m a massa total dos núcleos participantes da reação, e c a velocidade da luz.

       Uma das maneiras de retirar essa energia é através da fissão nuclear.

       A Fissão Nuclear acontece quando um átomo (geralmente de urânio U-235) é bombardeado com nêutrons. Então, este átomo ficará com uma massa maior, tornando-se muito instável. Por causa da instabilidade, ele se dividirá em dois novos átomos (como na fissão do urânio em criptônio, Kr, e bário, Ba) e mais alguns nêutrons que não ficarão em nenhum átomo. Esses nêutrons livres vão se chocar com outros átomos, gerando uma reação em cadeia. É este o processo utilizado nas usinas nucleares.

        As usinas nucleares utilizam o princípio da fissão nuclear para gerar calor. Dentro do Reator Nuclear, o material físsil contido em centenas de varetas se fragmenta , liberando muito calor. Este calor irá aquecer a água (totalmente pura) que fica dentro do reator. Ela pode chegar a incríveis 1500°C a uma pressão de 157atm. Essa água quente irá seguir por tubos, até o vaporizador, depois volta ao reator, completando o circuito primário.

        No vaporizador, uma outra quantidade de água será fervida, pelo calor de tubos onde passa a água extremamente quente do reator. O vapor gerado sairá por canos, até onde ficam localizadas as turbinas e o gerador elétrico. O vapor d’água pode girar as pás das turbinas a uma velocidade de 1800rpm. Depois que o vapor executar sua função, ele segue para o condensador, onde vai virar água novamente e retornar ao vaporizador. Este é o chamado circuito secundário.

        Para que o condensador transforme o vapor do circuito secundário em água, é necessário que ele seja abastecido de água fria. Essa água fria pode vir de rios e lagos próximos. Ao passar pelo condensador, esta água fica quente, necessitando ser resfriada nas torres de resfriamento (a maior parte de uma usina nuclear). Este é o circuito terciário (ou sistema de água de refrigeração).

        Através de matérias retiradas de jornais e revistas é possível analisar o posicionamento de diversos ambientalistas com relação a esta intensa interferência do homem na natureza. Se aprofundarmos um pouco nossa pesquisa veremos que elementos como plutônio e alguns outros existem em função do conhecimento do homem e de sua capacidade de modificar a estrutura nuclear de um determinado elemento radioativo. E quais são, em longo prazo, os danos causados por essa interferência e como garantir que a manipulação desses elementos não gere a extinção do ser humano e de outros seres vivos? Essas questões não possuem respostas exatas e inequívocas, porém, são fundamentais para que possamos compreender o mundo em que vivemos e como podemos agir para não destruí-lo afinal a ciência e suas respectivas descobertas estão envolvidas numa atmosfera de muitos riscos e perigos.

        Para direcionar um pouco mais a análise, coloca-se como tema central o efeito estufa. O que é e também porque ele é fundamental para a existência de seres vivos no planeta.

        O Efeito Estufa consiste, basicamente, na ação do dióxido de carbono e outros gases sobre os raios infravermelhos refletidos pela superfície da Terra, reenviando-os para ela, mantendo assim uma temperatura estável no planeta. Ao irradiarem a Terra, parte dos raios luminosos, oriundos do Sol, são absorvidos e transformados em calor, outros são refletidos para o espaço, mas só parte destes chega a deixar a Terra, em consequência da ação refletora que os chamados "Gases de Efeito Estufa" (dióxido de carbono, metano, clorofluorcarbonetos- CFCs- e óxidos de azoto) têm sobre tal radiação reenviando-a para a superfície terrestre na forma de raios infravermelhos. Este fenômeno é um dos que permitem uma explicação mais concreta do que significa energia quantizada.

        Podemos analisar a importância da radiação solar para um ser vivo, como por exemplo, plantas e seu respectivo processo de fotossíntese.  Os pigmentos relacionados à fotossíntese são as clorofilas e os carotenóides. As clorofilas possuem coloração verde-azulada e os carotenóides têm cor alaranjada, mas normalmente são mascarados pelo verde da clorofila. Existem dois tipos de clorofila: a e b. A clorofila “a” ocorre em todos os organismos clorofilados, possui cor verde-azulada e absorve luz na região próxima ao azul e ao violeta. A clorofila “b” é considerada um pigmento acessório, juntamente com os carotenóides e possui cor verde. As plantas de sombra possuem maior quantidade de clorofila “b” em relação à “a”. A clorofila “b” não faz conversão de energia, após absorver luz, transfere para a clorofila “a” a energia captada do fóton para que ela faça a conversão.

        Para que a fotossíntese se inicie, os pigmentos da planta precisam absorver um fóton. As moléculas de clorofila se organizam em uma unidade fotossintética. Quando um pigmento absorve um fóton, a energia dele é totalmente transferida para a molécula, afetando sua estabilidade e excitando-a. Após um curto período de excitação (aproximadamente 15 nano segundos para a clorofila a), a molécula dissipa sua energia na forma de radiação, porém menos energética que inicialmente, pois parte da energia da molécula foi perdida enquanto ela estava excitada. Este processo chama-se fluorescência.

  Entretanto a molécula pode perder sua energia através de conversões internas, tendo uma vida média mais longa e emitindo uma radiação com comprimento longo de onda, porém menos energético, sendo este processo chamado fosforescência. Neste processo, a molécula excitada pode interagir com outra molécula, fazendo trocas de energia. Quando uma molécula de clorofila b ou carotenóide absorve um quantum a energia é transferida para a clorofila a. Normalmente há uma cooperação entre as moléculas de clorofila, aumentando a eficiência da fotossíntese.

        Como curiosidade, pode-se ainda estudar como ocorre a emissão de luz por um vaga-lume, sendo que esta ocorre através de reações químicas. O comprimento de onda da luz emitida é de 510 a 670 nanômetros (de cor amarelo pálido a verde avermelhado).

                    O Sol como citado é um emissor de radiação, ele funciona como um reator de Fusão natural; na Fusão Nuclear, dois ou mais núcleos atômicos se juntam e formam outro núcleo de maior número atômico. A fusão nuclear requer muita energia para acontecer, e geralmente libera muito mais energia que consome. Quando ocorre com elementos mais leves que o ferro e o níquel (que possuem as maiores forças de coesão nuclear de todos os átomos, sendo portanto mais estáveis) ela geralmente libera energia, e com elementos mais pesados ela consome.

                   O principal tipo de fusão que ocorre no interior das estrelas é o de Hidrogênio em Hélio, onde quatro prótons se fundem em uma partícula alfa (um núcleo de hélio), liberando dois pósitrons, dois neutrinos e energia. Mas, dentro desse processo ocorrem várias reações individuais, que variam de acordo com a massa da estrela. Para estrelas do tamanho do sol ou menores, a cadeia próton-próton é a reação dominante. Vale ressaltar que há conservação de energia, e, portanto, pode-se calcular a massa dos quatro prótons e o núcleo de hélio, e subtrair a soma das massas das partículas iniciais daquela do produto desta reação nuclear para calcular a massa/energia emitida.

                 Utilizando a equação , pode-se calcular a energia liberada, oriunda da diferença de massa. Uma vez que o valor do "c" é muito grande ( aprox. m/s ), mesmo uma massa muito pequena corresponde a uma enorme quantidade de energia.

                   Para diminuir os efeitos nocivos da radiação solar sobre a pele, temos os protetores e bloqueadores solares. Quando os raios solares atingem o corpo, encontram moléculas do produto que absorvem a energia do Sol. A absorção agita as moléculas, que ficam em estado de excitação, voltando em seguida ao estado natural, o que faz com que a pele receba uma fração de energia solar menos agressiva e reflita o restante. A ação do produto também varia de acordo com o fator de proteção solar (FPS), expressa por um número no rótulo. A aplicação de um filtro com FPS 8, por exemplo, permite que uma pessoa permaneça exposta ao sol por um período oito vezes maior sem que a pele fique avermelhada.

       Por fim, temos na arte a classificação entre cores quentes e frias, podemos analisar o espectro e relacioná-las ao seu respectivo comprimento de onda e frequência, além da quantidade de energia de cada uma .

  Roberto Silveira

   

  Utilizando se da Radiação que por si só tem uma grande gama de conteúdos, podemos partir para diversos outros pontos tanto da física moderna como de outras ciências utilizando-se das seguintes pontes:

   

  Área de Física:

  1)     Astronomia: raios cósmicos;

  2)     Interações da Radiação Com a matéria: raios-X, fótons;

  3)     Corpo Negro: energia;

  4)     Decaimento Radioativo: radiatividade;

   

  Área da Biologia:

  1)     Efeito estufa: espectro eletromagnético, infravermelho.

  2)     Efeito da Radiação nos seres vivos: ionização dos átomos, doenças;

  3)     Radiação na medicina: radioterapia;

  
  Área de Historia:

  1)     Arqueologia: radiatividade;