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El presente es un estudio descriptivo del proceso de aprendizaje de un estudiante de profesorado en física durante su práctica profesional, que considera dimensiones cognitivas y afectivas. Utilizando una metodología cualitativo-interpretativa, se analizaron autoregistros escritos correspondientes a seis clases y se seleccionaron cuatro ejemplos para un examen detallado. Los mismos corresponden al periodo de práctica activa de un estudiante de profesorado. Los resultados involucran diferentes aspectos del saber docente, relacionados con el conocimiento de estrategias de enseñanza y de las ideas de los estudiantes sobre la física: el valor de las preguntas disparadoras, la importancia de las ideas de los estudiantes en el discurso, y la sofisticación en el uso de guiones conjeturales para la planificación. El estudio muestra el dinamismo de los escenarios emocionales frente a episodios de aprendizaje del saber docente.

A perspectiva curricular crítica da Abordagem Temática caracteriza-se pela organização curricular ser estruturada em temas. Nessa perspectiva, os debates e as discussões acerca da avaliação escolar são, muitas vezes, negligenciadas. Diante disso, o problema que permeia este estudo é: Como pode-se realizar uma avaliação escolar coerente com a Abordagem Temática? Longe de fornecer densas discussões ou apresentar uma matriz a ser seguida, este artigo discute um processo de avaliação escolar em sintonia com a perspectiva curricular da Abordagem Temática, desenvolvido em uma escola pública estadual do bairro Camobi de Santa Maria/RS. Nesse sentido, este estudo caracteriza-se de natureza qualitativa, em que os instrumentos de coleta de dados foram os diários reflexivos elaborados pelo professor da turma. A análise dos dados foi realizada à luz da Análise Textual Discursiva, a partir da categoria a priori “Avaliação Escolar em sintonia com a Abordagem Temática”. A partir do exposto neste trabalho, observou-se que os modelos e critérios de avaliação utilizados ao longo das aulas contribuiu para um melhor entendimento da realidade local e uma formação crítica dos educandos, alguns dos objetivos almejados pela Abordagem Temática.

Neste trabalho nós apresentamos os resultados de uma pesquisa na qual nós investigamos a utilização de um método de ensino e aprendizagem conhecido como Peer Instruction (PI). O contexto da pesquisa é um curso de introdução à Física oferecido em uma escola de ensino profissionalizante de nível médio. O PI é um método no qual os estudantes são estimulados a explicar sua compreensão dos conteúdos aos seus colegas e podem ser confrontados com a compreensão de seus pares. Nossa questão de pesquisa era: as discussões entre estudantes aumentam o número de estudantes que escolhem a resposta certa e afetam o nível de confiança desses sujeitos em suas respostas? Os dados que obtivemos mostram um aumento bastante expressivo no número de respostas certas e um efeito muito significativo das discussões entre pares sobre a confiança dos estudantes em suas respostas.

Esta investigación presenta una secuencia de actividades para trabajar el concepto de materia en educación secundaria con alumnado del Programa de Aprendizaje Inclusivo en Aragón (España). Este programa acoge a alumnado que ha encontrado barreras para aprender ciencias frente a propuestas usuales. Se plantea una secuencia ad hoc con doble objetivo: trabajar los conocimientos vinculados a la materia mediante las prácticas científicas de argumentación, indagación y modelización; y usar las prácticas como herramienta para facilitar la superación de posibles barreras para el aprendizaje en ciencias. La metodología didáctica ha sido el aprendizaje por indagación. La investigación usa un análisis cualitativo de grabaciones de vídeo. Se han establecido categorías emergentes que permiten concluir las dificultades para identificar magnitudes que definan la materia, en especial, el “aire”. La secuencia ha trabajado con estas dificultades mediante demostraciones experimentales diseñadas por el propio alumnado, que después construyeron y expusieron. Se ha observado que trabajar las prácticas científicas ha permitido dirigir el potencial individual, en lo procedimental y conceptual. Ello ha contribuido a superar algunas barreras para el aprendizaje de la ciencia en general y los conceptos de materia y aire, en particular.

El presente relato expone una experiencia didáctica realizada con estudiantes del Profesorado de Biología del Instituto de Enseñanza Superior Dra. Carmen Peñaloza. El valor del trabajo para su publicación reside, principalmente, en la incorporación del análisis de la locomoción del pie como recurso para abordar un proceso de modelización. Esto permite vincular contenidos de Física y Biología en una misma propuesta a través de la utilización de un recurso TIC. Con ese pretexto se desarrollaron actividades orientadas a que los estudiantes recuperen los conceptos de movimiento (sistema de referencia, posición, velocidad y aceleración) para utilizarlos en otro contexto y desarrollen habilidades experimentales propias de la Física. Complementariamente, también pudieron desarrollar habilidades en el uso de TIC para el aprendizaje.

Un desafiante planteo que hace el divulgador científico Derek A. Muller, con un circuito eléctrico muy simple pero muy curioso, es elegido en función de su potencialidad para reflexionar sobre algunos aspectos básicos relacionados con la circulación de corriente. Aunque el propósito del planteo de Muller es mostrar que en los circuitos eléctricos la energía viaja por el espacio conducida por el campo electromagnético y no lo hace por los conductores, ese no es el tema de este trabajo, sino que se aprovecha el circuito propuesto por Muller para reflexionar sobre aspectos básicos de la circulación de la corriente eléctrica. Específicamente se mostrará cómo hallar la forma en que se inicia la circulación de la corriente, aprovechando las aproximaciones que este circuito permite hacer. Aunque el planteo de Muller apunta a otros objetivos, pone de relieve el problema de que la forma en que se inicia la circulación de la corriente en los circuitos es un tema que, debido a las dificultades matemáticas, no se profundiza ni en los niveles básicos ni en los avanzados. En este trabajo se plantearán algunas preguntas que asaltan tanto a un profesor de física como a un experto cuando se ven confrontados por el planteo de Muller, y se mostrará cómo se procede a la búsqueda de respuestas y se avanza gradualmente hasta construir un panorama claro del proceso correspondiente a este circuito.

O estereótipo do/a cientista, baseado em uma perspectiva eurocêntrica, inferioriza e invisibiliza as mulheres, especialmente mulheres negras, reforçando desigualdades de gênero e raça. A falta de representatividade desencoraja estudantes desses grupos a seguir carreiras científicas e, de igual modo, a divisão sexual do trabalho é um fator crucial de exclusão e sobrecarrega de mulheres negras, afetando suas escolhas profissionais e suas vidas familiares. A pesquisa se ancora nas narrativas de estudantes negras de Licenciatura em Física de um instituto federal brasileiro, buscando identificar discriminações enfrentadas ao longo de seus percursos formativos. A metodologia segue uma abordagem qualitativa, tendo como instrumento de coleta de dados a entrevista semiestruturada. As narrativas revelam a persistência de discriminações de gênero e raciais nas Ciências Exatas, especialmente contra mulheres negras. Vemos a necessidade de ações para reduzir tais discriminações e proporcionar uma educação inclusiva, longe de quaisquer estereótipos e segregação.

Este artículo introduce un recurso didáctico diseñado para mejorar la enseñanza y evaluación del electromagnetismo, enfocándose específicamente en el concepto de campos eléctricos. A través de un flujo de trabajo que integra R Markdown y LaTeX, se facilita la creación de problemas variados con valores aleatorios. Esta herramienta es especialmente útil para generar materiales de práctica y exámenes, permitiendo evaluar de manera efectiva el entendimiento de los estudiantes en diversas situaciones físicas. La generación automática de documentos PDF listos para ser utilizados en entornos educativos muestra la versatilidad y eficiencia del recurso. Capaz de cubrir temas desde el campo eléctrico generado por cargas puntuales hasta el movimiento de un electrón en un campo uniforme, este recurso es adecuado para cursos de electromagnetismo a nivel universitario intermedio. Su implementación no solo ahorra tiempo a los docentes en la preparación de material, sino que también enriquece el proceso de aprendizaje de los estudiantes, ofreciéndoles recursos para una preparación sólida.

La mayoría de las actividades experimentales de laboratorio en la enseñanza de las ciencias se consideran como actividades verificativas de algunos temas discutidos en el aula, siguiendo una estrategia tipo receta, en las que el estudiantado debe seguir simples algoritmos o pasos para llegar a una conclusión predeterminada, situación que obstaculiza el desarrollo de habilidades de pensamiento científico y la comprensión conceptual de los conocimientos de las ciencias. La presente investigación tiene como finalidad evaluar el trabajo de laboratorio con un enfoque problematizado, estrategia didáctica que contribuye a potenciar el desarrollo de habilidades de pensamiento científico y la comprensión de la física y química. Para ello, se diseñaron guías de laboratorio en coherencia a este enfoque didáctico e instrumentos de recolección de información del estudio. Los resultados obtenidos muestran un mejoramiento en el desarrollo de habilidades de pensamiento científico y la comprensión conceptual de los conocimientos de las ciencias en los y las participantes en el estudio.

As experiências vivenciadas por licenciandos em Física ganham destaque na medida em que se compreende que estes retroalimentarão a educação básica. No entanto, pesquisas têm mostrado pouca ênfase em discussões sobre as aprendizagens de conceitos e fenômenos abordados pela Física Moderna e Contemporânea (FMC). Por isso, implementamos a técnica da Revisão Sistemática de Literatura (RSL) de Kitchenham e Charters (2007), cujo corpus é constituído de teses disponibilizadas no período de 1987 a 2021 no contexto do ensino de Física em cursos de licenciatura, a fim de analisar os caminhos tomados pelos pesquisadores: teorias e avaliação da aprendizagem, recursos didáticos, estratégias de ensino e conteúdos abordados. A partir da leitura das 6 teses selecionadas, concluímos que apesar das práticas apresentarem propostas para melhorias do ensino de FMC nos cursos de licenciatura, suas possibilidades educacionais não foram significativamente exploradas, principalmente nas discussões de transposição didática e dificuldades de aprendizagem.

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This work presents a study focused on the electromagnetic evaluation of Microstrip Patch Antennas (MPAs) through electromagnetic simulation for 5G technology applications. The paper addresses two commonly used feeding structures – coaxial probe and transmission line. In our analysis, we observed the scattering and impedance matrices concerning feeding point variations. Additionally, a parametric study explored the impact of relative permittivity, length, width, and height on MPA electromagnetic performance for 5G frequency operation, understanding the physics of these antennas. The results revealed the following: varying the relative permittivity shifted the resonance frequencies and reduced gain; changing the patch length slightly shifted the resonance to lower frequencies without significant changes in the radiation pattern; adjusting the patch width maintained the resonance while increasing matching levels without significant radiation changes; and altering the substrate height shifted the resonance to lower frequencies.

In this work we proposed an analytical iterative approach where time was replaced by the number of iterations and with this we were able to obtain the kinematic quantities of a particle for two different cases: the first for constant acceleration and the second for variable acceleration. And due to its historical importance we also apply this iterative approach to obtain the Average Velocity Theorem.

Este artigo investiga a trajetória e as contribuições de Neusa Amato para a física brasileira em diálogo com os estudos de gênero e ciência. Neusa Amato, uma das pioneiras na pesquisa com emulsões nucleares no Brasil, teve um papel fundamental na institucionalização da física no país, especialmente no estudo de raios cósmicos e física de partículas. Utilizando uma metodologia baseada em levantamento de literatura secundária, bem como uma entrevista concedida por Neusa ao Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), construímos uma narrativa histórica que destaca a importância de suas publicações e sua liderança no Laboratório de Emulsões Nucleares do CBPF e na Colaboração Brasil-Japão (CBJ). A análise também enfoca os desafios enfrentados por Neusa como mulher cientista em um campo dominado por homens, sublinhando as barreiras de gênero que marcaram sua carreira. Este trabalho contribui para uma historiografia da ciência no Brasil ao trazer à luz a relevância das contribuições de Neusa Amato para a institucionalização da física brasileira.

The two-site Heisenberg model has an extraordinarily simple analytical solution and is traditionally used as a benchmark against numerical methods, such as exact diagonalization and Monte Carlo methods. In the same spirit, we benchmark three quantum algorithms that are implemented in a quantum computer against the analytical solution of this model. In particular, this presentation includes a description of the standard and iterative quantum phase estimation algorithms, as well as the variational quantum eigensolver. These quantum algorithms are introduced in a pedagogical fashion allowing newcomers to the subject, familiar with only the most basic quantum mechanical systems, to easily reproduce the presented results and apply the methods to other problems, thus building a seemingly under-appreciated path towards useful quantum algorithms through the lens of simulating and computing properties of physical quantum systems.

A abordagem do conteúdo de óptica geométrica costuma ser desafiadora para os professores do ensino médio e superior, pois, além da complexidade do assunto, eles enfrentam dificuldades para a demonstração dos fenômenos ópticos, devido às limitações experimentais encontradas. Neste contexto, o presente trabalho abordou o conteúdo de lentes esféricas por meio da construção e do estudo de duas lentes biconvexas simples, uma espessa de formato esférico (lente-bola), feita com balões de fundo chato, e outra com foco ajustável, cuja superfície foi produzida com látex, ambas utilizando água como meio de propagação. O objetivo do trabalho foi analisar o comportamento da luz ao incidir nas lentes e explorar seus pontos notáveis, como a distância focal, a formação de imagens e a relação entre as distâncias do objeto e da imagem. A partir dos resultados encontrados, verificou-se que o comportamento das lentes produzidas está de acordo com os princípios teóricos da óptica geométrica. Imagens reais e invertidas foram obtidas de acordo com a literatura e a relação entre as distâncias do objeto e da imagem à lente foi verificada. Dessa forma, conclui-se que as lentes construídas com materiais de fácil acesso podem ser ferramentas eficazes para o ensino de óptica geométrica, permitindo a investigação experimental de conceitos importantes desse ramo da física e a simulação de sistemas ópticos reais.

Many have dedicated their time trying to determine the ideal conditions for a cylinder to have equal probabilities of falling with one of its faces facing upwards or on its side. However, to this day, there is no concrete analysis of what these conditions should be. In order to determine such circumstances, a theoretical analysis was conducted, considering approaches from Rigid Body Dynamics and Statistical Mechanics. An experimental system was also built to improve control over the launches, and a comparative analysis was performed between the results obtained experimentally and the theory. It was concluded that the environment and other launching conditions have a significant influence; nevertheless, it is possible, under controlled conditions, to determine, within certain limits, the expected probabilities.

Os satélites de geonavegação são o exemplo mais comum de aplicação da relatividade no cotidiano. Como exatamente a deformação do espaço-tempo afeta os relógios embarcados nos veículos espaciais não é de conhecimento comum. A dedução das equações utilizadas hoje pelas constelações satelitais para compensar esse efeitos é um trabalho interdisciplinar que não está presente na literatura. Por isso, este trabalho aborda de forma didática a questão. Partimos da equação de campo de Einstein e obtivemos todas as equações que possibilitam medições de precisão da ordem de milímetros. Primeiramente com uma abordagem clássica que representa a maior parte do atraso dos relógios. Atraso este associado a um incerteza de dezenas de quilômetros por dia. Em seguida observamos como as órbitas excêntricas dos satélites de navegação geram variações periódicas com amplitudes que chegaram a 217 ns, gerando incertezas de até 65 m. Por fim utilizamos um termo de perturbação do potencial terrestre para deduzir uma equação ainda mais precisa, da ordem de centímetros. Esta leva em conta o achatamento do planeta e a inclinação das órbitas.

Este trabalho apresenta um experimento didático-investigativo de Física Moderna. Pensamos o experimento a partir do referencial investigativo, baseando-se na problematização e descoberta, em um processo, no qual o aluno é o protagonista, interagindo na construção do próprio conhecimento, facilitando a sua aprendizagem. Neste caso, o professor torna-se alguém que engaja os alunos nas discussões, incentivando-os a participar ativamente das aulas, a refletir, analisar e questionar. Observando peças transparentes, de material birrefringente, iluminados pela luz parcialmente polarizada do céu azul, observamos, em conjunto com um polarizador, padrões coloridos nas peças, a partir do qual podemos inferir o aprendizado de Física Moderna no Ensino Médio. Explicamos o céu azul, a polarização da luz e associamos ao fenômeno da birrefringência. O experimento é de baixo custo, pois precisa de dois componentes e uma câmera digital para registrar imagens.

Apresentamos neste trabalho uma abordagem pedagógica da descrição do núcleo atômico a partir do modelo de camadas. A análise proposta está alicerçada na equação de Schrödinger. Neste sentido, analisamos dois sistemas, ambos baseadas na teoria de campo médio, em que as interações nucleares e eletromagnéticas são modeladas por osciladores harmônicos, mas que em um deles a interação entre os spins dos núcleons é considerada. Como resultado, alguns aspectos do núcleo foram explicados, onde merece destaque a obtenção dos números mágicos nucleares. Assim, a abordagem proposta pode ser utilizada em cursos de mecânica quântica, como aplicação da equação de Schrödinger, bem como em disciplinas de física e engenharia nuclear.

O LASER, acrônimo em inglês para “amplificação de luz por emissão estimulada de radiação”, é um dispositivo óptico amplamente conhecido da sociedade nos dias atuais. Existem, basicamente, dois tipos de lasers: o laser convencional (LC) e o laser aleatório (LA), tradução do inglês para random laser. O laser convencional, comercialmente disponível, é muito explorado para aplicações em diversas áreas como saúde, comunicações, processos industriais e é encontrado desde os supermercados até a clínicas oftalmológicas. A invenção desse laser, em 1960, levou rapidamente a um crescimento notável em número de publicações científicas e atualmente muitos dispositivos do nosso uso prático utilizam esses lasers. O outro tipo de laser, proposto mais tarde em 1968, se chama laser aleatório. Devido à baixa disseminação de textos introdutórios sobre lasers aleatórios visando um público amplo, em comparação aos lasers convencionais, este trabalho tem o caráter de revisão e divulgação sobre o tema. Uma novidade apresentada aqui é a proposta de exercícios e prática computacional guiada ao final do texto que podem servir de motivação para professores que desejem apresentar o tema em aulas de física, em cursos de óptica, óptica não linear, física estatística ou para estudantes que queiram se aprofundar no tema.

Ao combinar os resultados de várias pesquisas independentes, um estudo de meta-análise sintetiza uma visão geral do conhecimento empírico produzido, outrora limitado a estudos individuais. Tal estudo foi realizado para o caso específico da produção científica relativa ao uso das Simulações Interativas do PhET no ensino da Física, tendo em vista a magnitude do projeto PhET. O presente trabalho consiste em uma revisão sistemática de 1589 publicações indexadas nas bases ERIC, Scopus, IOP Science e WOS, das quais foram selecionados 22 artigos para realização de um estudo de meta-análise. As questões de investigação as quais se responde são: (1) Qual o impacto das simulações PhET no aprendizado da Física? (2) Qual a eficácia dessas simulações quando comparadas a métodos convencionais de aprendizagem, sejam eles teóricos ou experimentais? As análises levaram em consideração a eficácia das simulações PhET no aprendizado da Física, por meio da coleta de dados referentes ao tamanho das amostras, média e desvio padrão. A eficácia das simulações PhET no aprendizado da Física foi devidamente comprovada, revelando superioridade, ou no mínimo equivalência, quando comparadas ao uso de laboratórios convencionais e métodos tradicionais de ensino.

The role of exchange interactions in the dynamics of collective excitations in magnetic materials is of essential importance, and since the experimental discovery of planar ferromagnetism, a flurry of research has rapidly reshaped the field of 2D materials. Although this topic has been widely addressed, the direct effects of exchange interactions on controlling the energy distribution of ferromagnetic systems, via the dispersion relationship, have not been adequately explored. This work investigates this theme and analyzes the repercussions on the magnonic density of states and energy fluctuations in the high symmetry paths of a ferromagnetic lattice with honeycomb topology, which made it possible to determine the points and direction most sensitive to this type of interaction.

A Acústica é uma área da Física com fortes ligações de diversas áreas, como: Música, História, Matemática, Direito, Arquitetura, Medicina, dentre outras. O seu caráter interdisciplinar pode e deve ser aproveitado no ensino de Física, como motivação e para um melhor entendimento de diversos fenômenos. Por estar presente no cotidiano, seu ensino pode facilmente levar a uma aprendizagem significativa. A avaliação acústica da sala pode ser feita por meio de parâmetros objetivos (mensuráveis por meio de aparelhos ou por simulações) e subjetivos (avaliação feita por testes de percepção). Os principais parâmetros são o tempo de reverberação, a claridade, o fator de força e a razão de graves e agudos. Os parâmetros subjetivos relacionados a esses parâmetros objetivos são, respectivamente: reverberância, clareza, nível sonoro subjetivo e timbre ou equilíbrio da sala. A avaliação subjetiva pode ser feita no local ou por meio de simulações. Com o uso de dois cordofones friccionados, um violino e uma viola, foram obtidos, através da acústica virtual, alguns parâmetros acústicos, em duas salas, avaliados com o recurso da auralização, levando em conta o ponto de vista do ouvinte. Vimos que com algumas modificações os espaços poderiam se tornar mais adequados para uso em apresentações musicais.

In 1900, Paul Drude made a groundbreaking advancement with a model to describe the electrical conductivity of metals. Over 120 years later, his model remains widely used and featured in most introductory textbooks. Drude developed this model shortly after the discovery of the electron, during a time when the precise atomic structure was still debated, the Pauli exclusion principle was unknown, and well before Fermi-Dirac statistics. In this discussion, we focus on the assumptions underlying Drude’s model, mainly the choice of the electron mean collision time, analyze the physics it employs, and evaluate how well it fits experimental results of Ohm’s law, both for static and time-dependent fields. We also explore the insights it provides into thermal effects and briefly address how quantum effects can be incorporated. Overall, we highlight why Drude’s achievement is a remarkable success story that merits thorough examination and admiration.

A Ciência de Redes é um formalismo matemático essencial na descrição de sistemas complexos. Este artigo é uma breve introdução dos conceitos principais da Teoria de Grafos, a base da Ciência de Redes. Começando com uma introdução histórica apresentamos os elementos básicos para definição de grafos como grau médio, matriz adjacência e componentes. Em seguida apresentamos alguns modelos básicos e famosos de redes mostrando suas definições e propriedades. Finalizamos com uma apresentação do fenômeno de percolação em rede que mostra a sinergia entre Ciência de Redes e conceitos mais tradicionais da física como transição de fase e criticalidade.

Starting from the perspective of reports published in Brazilian newspapers at the time, as well as letters exchanged between scientists who worked in Brazil and North American colleagues, and documents from the symposium on cosmic rays, a chronological sequence of how the so-called Compton mission in Brazil took place and was perceived by the literate public will be presented. For a better understanding of the article, research on cosmic rays in Brazil and around the world is contextualized and the reasons for the creation of the mission and its coming to Brazil are discussed.

We present an engaging educational demonstration designed to captivate students’ attention. The experiment reveals an intriguing phenomenon – a surprising attraction between two magnets with identical poles facing each other when a steel metal sphere is inserted between them. Our exploration focuses on both qualitative and quantitative aspects of this magnetic interaction. Specifically, we examine the interaction between two neodymium cylindrical magnets with the like poles facing each other. The experimental setup we introduce allows for the precise measurements of the magnetic force between the magnets. To gain a quantitative understanding of our measurements, we employ electromagnetic theory. This theoretical framework allows us to determine the magnetic energy within the system and to easily calculate the force between the magnets.

Neste artigo, abordamos o campo emergente do aprendizado de máquina quântico (AMQ) e suas aplicações inovadoras. Exploramos uma visão geral das bases da mecânica quântica relevantes para o aprendizado de máquina, destacando como os princípios quânticos podem ser utilizados para processar informações de maneira mais eficiente em comparação às abordagens clássicas. Discutimos o passo a passo de um exemplo de algoritmo quântico utilizando Qiskit, comparando-o com seu análogo clássico. Abordamos as vantagens do AMQ, incluindo o potencial de aceleração em problemas de grande escala e a capacidade de lidar com dados altamente dimensionais. Por fim, são discutidos os desafios atuais e as perspectivas futuras do campo, enfatizando seu papel na transformação de diversos setores tecnológicos. Este artigo serve como uma introdução abrangente para aqueles interessados em explorar a interseção entre aprendizado de máquina e mecânica quântica, destacando as promissoras oportunidades que essa combinação oferece.

Utilizando fontes do arquivo do prêmio Nobel, este artigo busca compreender por que Cesar Lattes não compartilhou com Cecil Powell o prêmio Nobel de 1950 pela descoberta do méson π. Para tanto, fazemos uma contextualização e discussão sobre o Prêmio, com base na literatura secundária, que nos ajuda a compreender a forma como, historicamente, a Academia de Ciências Sueca seleciona seus laureados. Na sequência, discutimos as cartas de indicação que Lattes, Powell e Giuseppe Occhialini receberam pelos trabalhos no desenvolvimento da técnica de emulsões fotográficas e detecção do méson π, as avaliações que o comitê de física do Nobel fez desses trabalhos e as justificativas que apresentaram para premiar apenas Powell. Para uma melhor apreciação dos argumentos do comitê, os discutimos à luz de outras fontes primárias. Concluímos com uma reflexão sobre a dinâmica de distribuição de prestígio e reconhecimentos por descobertas científicas baseada no episódio.

The Euler method of numeric approximation for solving initial-value problems is applied for describing the motion of a particle influenced by linear velocity-dependent friction and arbitrary time-dependent driving force. By employing the formula for the sums of powers of integers, it is shown that the recurrence relation obtained from the Euler method converges to the exact closed-form solution.

The inclusion of nanoparticles in technological development increases every year. For example, metallic nanoparticles are applied in cosmetics, medicine, and sensing areas among others. When light interacts with metallic nanoparticles, the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) can occur. LSPR is the subject of advanced courses in Physics and some of the students could have several difficulties in its comprehension. To benefit the students, it is proposed a very simple simulator built in Python to study the influence of the features of metallic spherical nanoparticles and of the host medium in the LSPR effect through the Mie Theory.

Apresentamos os resultados de uma atividade avaliativa experimental a distância utilizando a videoanálise no estudo de óptica geométrica. A atividade aborda o conteúdo da refração da luz. Esta foi aplicada aos estudantes dos cursos de licenciaturas em biologia, física, matemática, química, engenharias de produção e meteorológica inscritos na disciplina de Introdução as Ciências Físicas I do Centro de Educação superior a Distância do Estado do Rio de Janeiro (CEDERJ). Parte das avaliações realizadas pelos estudantes foram selecionadas, discutidas e apresentadas como resultado deste trabalho.

Desenvolvemos e apresentamos um aplicativo para ser integrado a páginas da internet denominado Graxaim – Laboratório Virtual de Termodinâmica, ou Graxaim/LVT. Através de arquivos de configuração, o aplicativo pode ser usado para propor diferentes situações-problema experimentais virtuais, com diferentes subsistemas e equipamentos de medidas, equivalentes a diferentes kits experimentais. Apresentamos o algoritmo baseado no princípio de máxima entropia que desenvolvemos para as interações térmicas e mecânicas utilizadas pelo aplicativo para simular uma grande variedade de processos termodinâmicos reversíveis e irreversíveis. O aplicativo possui sete configurações pré-instaladas. Utilizamos uma delas para mostrar como o encadeamento de processos termodinâmicos, obtidos pela modificação de arranjos experimentais, pode ser usada para simular um Ciclo de Carnot. Mostramos como dificuldades técnicas do simulador podem ser resolvidas através de processos irreversíveis que degradam a eficiência da máquina térmica e argumentamos que essa discussão pode ser utilizada para fazer analogias com dificuldades técnicas de máquinas reais. Os resultados dos estados de equilíbrio obtidos na simulação foram comparados com os resultados teóricos esperados e os desvios relativos médios mostraram-se menores que 0,1%.

Este trabalho apresenta uma revisão sistemática da literatura sobre o ensino de Computação Quântica (CQ) de 2010 a 2023, com artigos indexados nas bases Scopus, Web of Science e Scielo. Foram selecionados 50 artigos dos 283 inicialmente encontrados. Nosso estudo oferece um panorama dessas publicações, identificando a natureza dos trabalhos, o nível de ensino, o objetivo central, a metodologia utilizada, as justificativas para o ensino de CQ, as ferramentas e recursos empregados, os principais conteúdos ensinados e os resultados e recomendações. Dentre os resultados, destaca-se que a maioria dos estudos foca no nível de graduação e são propostas, com poucas pesquisas empíricas e relatos de experiência. Identificamos uma carência de referenciais teórico-metodológicos e uma lacuna na formação de professores, com apenas um estudo neste tema. A introdução da CQ é frequentemente feita através da programação quântica, aproveitando ferramentas para a construção de circuitos quânticos, valorizados pela indústria. Os desafios incluem falta de clareza nos objetivos educacionais e métodos de ensino. Recomendações incluem a integração de tópicos quânticos desde níveis introdutórios, continuidade na pesquisa, desenvolvimento de materiais educativos e parcerias com a indústria. O interesse no ensino de CQ é impulsionado pelo potencial de impacto das tecnologias quânticas na economia global.

O Sol emite continuamente um plasma conhecido como vento solar, que se propaga pelo espaço interplanetário. Esse plasma interage com o campo magnético da Terra (CMT), formando a magnetosfera, uma região onde diferentes tipos de plasma e correntes coexistem. Quando ocorre uma variação da pressão do vento solar, há uma compressão ou descompressão da magnetosfera, provocando alterações na corrente de Chapman-Ferraro na magnetopausa. Essas alterações geram um campo magnético que é percebido quase instantaneamente por magnetômetros instalados em satélites ou em observatórios terrestres através de um aumento repentino na componente H do campo geomagnético, denominado Impulso Súbito (SI, do inglês “Sudden Impulse”). Os SI, quando medidos em solo, apresentam morfologias e amplitudes diferentes, uma vez que também sofrem influência das correntes ionosféricas locais. Desta forma, o presente artigo revisa as principais teorias sobre o acoplamento vento solar-magnetosfera, considerando modelos e dados experimentais. Explora-se ainda a diversidade na morfologia dos SI medidos em solo. Os resultados obtidos destacam que, embora as bases físicas do acoplamento entre o vento solar e a magnetosfera estejam bem estabelecidas teórica e experimentalmente, alguns pontos continuam em discussão, tais como a influência da Anomalia Magnética da América do Sul nos SI.

Neste trabalho determinou-se o momento de inércia de uma haste retangular fina e um cilindro oco apartir de diferentes métodos. No primeiro método utilizou-se as dimensões dos objetos para inseri-los em equações teóricas e assim calcular os momentos de inércia. No segundo método utilizou-se as leis da dinâmica de rotação e translação, juntamente com conceitos de energia, para se obter equações que envolvem parâmetros físicos mensuráveis, permitindo de forma indireta o cálculo do momento de inércia. Neste caso foram realizados três experimentos distintos. No primeiro experimento utilizou-se um sensor de rotação e nos demais filmagens com aparelho celular. Todas as medidas indiretas resultaram em valores muito próximos e com diferenças percentuais ≈ 10% relativa ao valor calculado a partir das dimensões dos objetos.

This work presents a new filming technique for objects captured in motion that minimizes the typical trail (blur) left in the recorded videos, increasing the accuracy of the video analyses. In order to reduce this trailing, we present a new technique called video analysis by stroboscopic illumination. The technique consists of filming the object of study illuminated only by short and intense pulses of light, without natural or artificial ambient lighting. An electronic device generates the pulses at a frequency adjustable to the frequency of the frames per second that take part in the video. As a result, we present an example of the proposed technique by filming a rubberized sphere launched from a ramp. This technique makes it possible to film by cell phones with low-resolution cameras and a low acquisition rate, allowing the improvement of the results of motion measurements.

Celebrando os 70 anos da publicação do artigo de C. N. Yang e R. Mills, este artigo apresenta a construção das chamadas equações de Yang-Mills a partir de requisitos fundamentais, averiguando como se pode formular uma teoria que descreva a auto-interação de bósons vetoriais eletromagneticamente neutros com massa nula. Como estes são atributos do fóton, o ponto de partida são as equações de Maxwell e sua chamada invariância de calibre local, com grupo de simetria U(1). Assim, partindo de um conjunto de campos vetoriais que têm associada uma simetria não-Abeliana global, utilizaremos o chamado método das correntes de Noether para introduzir as auto-interações. O aspecto interessante é que este processo se conclui com a simetria de partida, inicialmente global, tornando-se automaticamente uma simetria de calibre em consequência da estrutura das auto-interações. A abordagem já deixa o caminho construído para a introdução do setor de matéria acoplado minimamente aos campos de Yang-Mills. É importante destacar que este procedimento vai no caminho oposto ao que é apresentado no paper original de Yang-Mills. O procedimento via correntes de Noether é mais natural, visto que responde à questão como partículas elementares de spin-1 podem auto-interagir, sem precisar introduzir o setor de matéria.

Este artigo busca refletir sobre as desigualdades educacionais e sociais e sua relação com a representatividade de docentes licenciados nas disciplinas de Ciências da Natureza. Fez-se um recorte espacial para as capitais do Brasil e o uso de técnicas estatísticas e de geoprocessamento através dos dados dos Censo Escolar (2019) e Catálogo de Escolas. Os resultados apontam a baixa representatividade de docentes com Licenciatura em Física atuando nas aulas de Física, em comparação à Química e Biologia, tanto na rede pública estadual quanto na privada. Aprofunda-se a discussão para a cidade de São Paulo, contemplando suas diferenciações quantitativas de docentes licenciados e localizando-os no território, a partir das porções territoriais com populações em vulnerabilidade socioeconômica. Os professores licenciados em Física apresentaram variações de suas formações na distribuição no espaço urbano, sendo sub-representados nos espaços de vulnerabilidade social e econômica. Complementarmente, foi realizado um estudo desses docentes considerando variáveis como gênero e raça, sendo os que lecionam Física, majoritariamente declarantes brancos e masculinos. A partir de uma abordagem interdisciplinar, buscou-se compreender a relação entre escola, território e professores em áreas urbanas, destacando a necessidade de reflexões políticas e formativas para fortalecer o ensino de Física na Educação Básica.

A criação de montagens experimentais no âmbito didático, a partir de elementos de baixo custo, reaproveitados e reciclados, é uma realidade deste tempo. O destaque que atividades na abordagem da cultura maker têm tido, evidenciam o potencial de propostas e estímulos no âmbito educacional nesta linha. Este trabalho propõe a construção de um protótipo de um colorímetro de baixo custo, utilizando o sensor de luminosidade de um smartphone. O trabalho descreve a montagem do protótipo, os procedimentos realizados para os testes do equipamento e apresenta os dados obtidos através dos ensaios experimentais. Para os testes foram utilizados materiais de limpeza usuais, obtidos no âmbito doméstico. A partir dos resultados obtidos foi possível observar a diferença da absorção entre as amostras utilizadas em decorrência da cor de cada uma delas, como esperado na teoria. O material de limpeza com perfil de absorção mais bem definido foi adotado para uma diluição em água e o resultado da absorbância relativa versus concentração apresentou coerência com fator de correlação acima de 0,93. O protótipo apresentou excelente repetibilidade nas medições e isso, associado ao seu fácil manuseio, indicam que sua utilização pode ser viável em uma sala de aula típica.

A covariância da equação de d’Alembert para fenômenos acústicos, descritos por ondas mecânicas em uma ou três dimensões espaciais, sob as transformações de Galileu, é demonstrada sem a necessidade de abandonar a hipótese de que o tempo é absoluto na Mecânica Clássica. Isto só é verdade se e somente se a velocidade de fase do som depender da velocidade do observador. Por outro lado, mostra-se também que a mesma equação de d’Alembert é covariante sob as transformações de Lorentz se e somente se a velocidade de fase da luz não depender do observador.

A interpretação e descrição dos fenômenos naturais, intrínseca à Ciência, demanda abstração conceitual, utilizando observações e construções teóricas. Conceitos como átomos e moléculas, junto a equações matemáticas, foram desenvolvidos para descrever interações e evolução temporal das propriedades naturais. A análise criteriosa desses modelos, considerando parâmetros termodinâmicos, viabiliza a investigação de fenômenos complexos. Ferramentas computacionais, como a Dinâmica Molecular, permitem modelar sistemas atômico-moleculares, auxiliando na compreensão das transformações da matéria. O potencial de Lennard Jones, um modelo isotrópico proposto nos anos 1920, é eficaz na descrição termodinâmica de fluidos simples. Neste trabalho, revisaremos este modelo para construir o diagrama de fases da temperatura versus densidade ( T × ρ) usando simulações de Dinâmica Molecular com o LAMMPS, disponível gratuitamente online. Obteremos a temperatura e densidade críticas, assim como a região de coexistência das fases líquida e vapor. Isso proporcionará aos professores de física, em todos os níveis educacionais, uma abordagem computacional simples para ensinar sobre transições de fase.

This work presents a low-cost experiment to investigate heat conduction inside potato cubes, using thermistors as a thermometric instrument and Arduino as a data acquisition platform. In the theoretical framework, a heuristic argument was proposed to switch the 3D heat equation to an equivalent and simpler 1D equation, which is valid only along points on the cube’s symmetry axis. In the experimental domain, an empirical and realistic time-dependent temperature function was used as boundary conditions instead of assuming simple boundary conditions, i.e., the temperature of the cube surface in contact with the air is kept constant. An approximate solution of the one-dimensional heat equation with nonhomogeneous and time-dependent empirical and actual boundary conditions was provided. Adjusting the experimental data to the theoretical solution predicted by the heat equation provides the thermal diffusivity of the potato. The thermal diffusivity obtained agrees with the reference values found in the literature.

Materiais ópticos com propriedades variando ao longo do tempo são introduzidos no artigo, com foco especial nos cristais fotônicos temporais. Inicialmente, são exploradas as variações espaciais das características ópticas, como a permissividade elétrica e a permeabilidade magnética, destacando fenômenos como a refração e a formação de band gaps em cristais fotônicos espaciais. Paralelamente, se aprofunda nas variações temporais dessas características, apresentando uma introdução â teoria e aos fenômenos associados, como a refração temporal e a reflexão induzida por variações temporais abruptas. O conceito de cristais fotônicos temporais é então introduzido, explicando como a periodicidade temporal pode gerar intervalos de propagação proibidos para frequências específicas. Torna-se fácil perceber a importância e as potenciais aplicações de materiais dependentes do tempo na óptica.

In this paper, we show that the Central Limit Theorem is deeply ingrained in the mathematical and physical structure of Quantum Mechanics. We show, furthermore, that the Central Limit Theorem provides us with a clarification of the assumptions made by other quantization processes – in particular those using the notion of expansion of some variable up to second order.

A Revista Brasileira de Ensino de Física (RBEF) é um periódico de acesso livre, editado pela Sociedade Brasileira de Física (SBF) desde 1979, de área temática na interface entre as humanidades (ensino) e a Física. Sua vocação é contribuir, por meio da divulgação de artigos de elevada qualidade, com a melhoria do ensino da disciplina em todos os níveis, promover e divulgar temas relacionados ao ensino e à aprendizagem em Física e ciências contíguas. Seu escopo é a educação científica e tecnológica, com discussões teóricas, experimentais e computacionais da Física; e, no ensino, abordagens curriculares; didáticas; de projetos e programas; de métodos e materiais; de políticas educacionais; de pesquisa educacional; e epistemológica, filosófica e histórica. Em seus 45 anos, consolidou-se como um dos principais periódicos da área, ocasião que motiva este esforço de sistematização, análise e inferências acerca do perfil das publicações, por meio de análise textual e léxica dos 2.873 artigos veiculados, a partir do qual se pôde traçar uma retrospectiva quanti-qualitativa do conteúdo e das relações expressas, que confirma suas ênfases em temas clássicos e de fronteira da Física e a dimensão curricular e formativa, subsidiando o apontamento de horizontes e tendências para a continuidade do seu desenvolvimento.

Em um cenário de desinformação generalizada e crescentes ataques às comunidades científicas, a divulgação científica ganha um papel cada vez mais importante. No campo da Física, por exemplo, conceitos da Mecânica Quântica circulam pela internet de forma completamente distorcida, associados a concepções equivocadas e com interesses financeiros sem nenhum lastro na formulação científica da teoria. Buscando se contrapor a esse cenário, o presente trabalho tem por objetivo avaliar o impacto de um curso de divulgação científica (cinco horas de duração) no conhecimento declarativo de pessoas com diferentes níveis de formação em física (educação básica, graduação e pós-graduação) com relação à dualidade onda partícula e o experimento de fenda dupla. Para tanto foi elaborado um instrumento utilizado como pré-teste e pós-teste, o qual passou por validação de conteúdo, concorrente e de fidedignidade (alpha de cronbach = 0,8). Os dados foram analisados usando testes não-paramétricos, executados na plataforma RStudio. Os resultados indicam que, embora haja diferença de número de acertos com relação ao grupo da educação básica em comparação aos demais níveis de escolaridade, quando medimos o aprendizado por meio do ganho normalizado, não há diferença estatisticamente significativa entre os grupos. Em média, os participantes aprenderam mais de 60% do que teriam para aprender.

In a previous paper, we have mathematically derived the Schrödinger equation using the construct of a Characteristic Function. We have shown that this derivation has a great number of consequences and may help to understand what Quantum Mechanics is really about. In this paper, we present another axiomatic mathematical derivation based on the construct of Boltzmann’s entropy. We also show how these two derivations are mathematically connected and obtain, from this, the positive definite phase space probability distribution function. This probability distribution function is shown to be the only one that reproduces the Schrödinger equation and maximizes entropy, while minimizing the energy. Bohmian Mechanics is considered and reinterpreted from the perspective of the mathematical results of the present approach. Some examples are worked out to give teachers interested in using this material in their classrooms some concreteness.

We show that, when associated with conservative forces that depend on two points in space: the center of the force and the position of the particle under its action, the value of potential energy is the same, up to an additive constant, in all frames of reference connected through an extended Galilean transformations. It is also assumed that this conservative force’s direction is parallel to the straight line connecting the particle to this force’s center. For both inertial and non-inertial frames, the result shown in this note is valid.