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Orientador: Silvio Antonio Sachetto Vitiello Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Na primeira parte da tese, os efeitos das contribuições interatômicas de três corpos na equação de estado do 4 He são investigadas. Um potencial recente de dois corpos junto com o potencial de três corpos de Cohen e Murrell são utilizados para descrever o sistema de átomos de hélio. A dispersão de triplo dipolo e as energias de troca são estimadas sujeitas só a incertezas estatísticas. Uma extensão ao método de difusão com Monte Carlo é empregado para calcular diferenças de energias muito pequenas. Os resultados mostram como as contribuições de três corpos afetam a energia do estado fundamental, e as densidades de equilíbrio, solidificação e liquefação. Na investigação dos sistemas de hélio, diversos potenciais ab initio de dois corpos foram propostos na literatura. Nesta segunda parte da tese realizamos uma análise cuidadosa de como estes potenciais descrevem as propriedades do sistemas de 4 He usando a extensão proposta ao método de difusão com Monte Carlo. Esta extensão nos permitiu calcular com grande precisão pequenas diferenças de energia associadas a diferentes potenciais como função da densidade do sistema. Com estes resultados foi possível acompanhar cuidadosamente como a descrição das propriedades do sistema mudam com os potenciais de dois corpos considerados. Da nossa análise identificamos o potencial que em conjunto com interações de três corpos foi capaz de fornecer a melhor descrição dos sistemas de hélio Abstract: In the first part of the thesis, the effect of three-body interatomic contributions in the equation of state of 4 He are investigated. A recent two-body potential together with the Cohen and Murrell three-body potential are applied to describe the sistem of helium atoms. The triple dipole dispersion and exchange energies are evaluated subjected only to statistical uncertainties. An extension of the diffusion Monte Carlo method is applied in order to compute very small energies differences. The results show how the three-body contributions affects the ground-state energy, the equilibrium, melting and freezing densities. In the investigation of the helium systems several ab initio two-body potentials have been propoused in the literature. In the second part of the thesis, we performed a carefull analysis of how these potentials describe the properties of the 4 He systems by using the proposed extension to the diffusion Monte Carlo Method. This extension have allowed the calculation of small energies differences, due to the different potentials, as a function of the system density with great accuracy. With our results it is possible to carefully follow how properties of the sistem change with the two-body potentials considered. From our analises we identify the potential that together with three-body interactions is able to give the best description of the helium systems Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: José Antonio Brum Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Neste trabalho estudamos o efeito combinado da interação elétron-elétron e a mobilidade do buraco de valência nos estados eletrônicos e a absorção óptica em semicondutores de baixa dimensionalidade dopados com elétrons. Modelamos dois sistemas diferentes: i) pontos quânticos auto-organizados, e ii) sistemas bidimensionais. No primeiro caso calculamos a absorção óptica usando diagonalização exata para o cálculo dos estados eletrônicos finais na presença do buraco de valência. Nossos resultados mostram que o efeito combinado das interações e o recúo do buraco originam um espectro de absorção complexo que apresenta assinaturas claras do número de elétrons ocupando o ponto quântico. No caso de sistemas bidimensionais focalizamos nossa atenção em dois problemas específicos: i) o estado fundamental de um complexo de dois elétrons e um buraco de valência (tríon), e ii) os estados eletrônicos e absorção óptica de um gás de elétrons bidimensional. Por um lado, usando técnicas de diagonalização exata e o método variacional, mostramos que o efeito da mobilidade do buraco de valência no estado fundamental do tríon pode ser representado por uma interação adicional entre os elétrons. Esta nova interação modifica a correlação eletrônica e tende a diminuir a energia de ligação do complexo. Por outra parte, o estudo dos estados eletrônicos do gás de elétrons 2D foi feito na aproximação de campo médio (Hartree e funcional da densidade local) em um sistema finito. Calculamos o espectro de absorção óptica usando um modelo de um partícula que permite a inclusão dos efeitos da interação eletrônica e do recúo do buraco Abstract: In this work we study the combined effect of the electron-electron interaction and the valence-hole mobility on the electronic states and optical absorption in low dimensional electron doped semiconducting systems. We model two different systems : i) self-assembled quantum dots, and ii) two-dimensional systems. In the first case we calculate the optical absorption using exact diagnalization techniques to calculate the final electronic states in the presence of the valence-hole. Our results show that the combined effect of interactions and hole recoil originate a complex absorption spectrum with clear signatures of the number of electrons charging the dot. On the case of two-dimensional systems we focused in two specific problems: i) the ground state of a complex having two electrons and a valence hole (trion), and ii) the electronic states of a two-dimensional electron gas. Using exact diagonalization techniques and a variational method we show that the effect of the valence-hole mobility may be considered as an additional interaction among electrons. This new interaction modifies the electronic correlation and tends to decrease the binding energy of the complex. On the other side, the study of the electronic states of the two-dimensional electron gas was performed within a mean-field approximation (Hartree and local density functional) on a finite system. We calculate the absorption spectrum using a single-particle model that allows us to include the effect of electronic interactions and hole recoil Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientadores: José Antonio Brum, Peter Alexander Bleinroth Schulz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" Resumo: Neste trabalho investigamos os efeitos causados por um campo elétrico às propriedades eletrônicas de um sistema de fio quântico corrugado, conectado a dois reservatórios bidimensionais (2D). Este campo elétrico é aplicado de forma paralela à direção do transporte no sistema, dando origem à formação de estados localizados de Wannier-Stark. Devido à geometria da estrutura, que possuem cavidades abertas (quase-OD) conectadas por canais unidimensionais (1D), temos a formação de minibandas hibridizadas que sob a ação do campo elétrico quebram-se, dando origem a ressonâncias de Fano. Nosso estudo, para o acompanhamento destes fenômenos foi conduzido através da análise da transmissão eletrônica através do sistema e do cálculo da densidade espectral Abstract: In this work we investigated the effects of an electric field on the electronic properties of a corrugate quantum wire system, linked to two two-dimensional (2D) reservoirs. The applied electric field is parallel to the transport direction in the system, and it produces localized Wannier-Stark states. The structure has open cavities (quasi-OD) connected to one-dimensional channels (1D), leading to the formation of hybridized minibands. These minibands under the action of the electric field are broken, what produces Fano resonances. We followed these phenomena by analyzing the electronic transmission through the system and by calculating the spectral density Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: Eduardo Galembeck Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin Resumo: Há muito o ensino de ciências urge por uma transformação que o tire da passividade e transmissividade, que o coloca na contramão da própria ciência e da curiosidade inerente das crianças em idade escolar. O lançamento da BNCC trouxe, além de uma tensão de lados, a certeza que é essencial extrapolar e diversificar suas propostas e orientações, visando o almejado para todas as áreas. Dessa forma, este estudo parte das contribuições de experiências e estratégias mais ativas, na educação básica, especialmente no ensino fundamental I, para o desenvolvimento de condições propícias à formação científica e integral das crianças. Assim, tem como objetivo central avaliar como a utilização de estratégias diferenciadas e a adoção de abordagens e metodologias ativas, como a aprendizagem criativa, significativa e o ensino por investigação podem contribuir, de modo que instigue o desenvolvimento de uma nova postura perante a sociedade e o conhecimento, de forma observável e identificável, além de propiciar um ensino de ciências alinhado com as necessidades sociais. Para tanto, pautado nas orientações para pesquisa qualitativa, ilustrada pela DBR e a partir das contribuições das abordagens selecionadas, foi organizado um Framework norteador que possibilitou a construção do Design ideal projetado que conduziu o planejamento e execução de uma sequência de aulas a partir das premissas e princípios destacados de cada abordagem. O movimento cíclico de pesquisas baseada em design foi garantido através da estrutura de trabalho, intencionando uma qualificação e aprofundamento crescente. Assim, foi desenvolvido um projeto intitulado "Clube de Programadores", como produto aplicável da Pesquisa Baseada em Design (DBR), que priorizou o trabalho diversificado, envolvendo processos investigativos, estruturação de problemática real, diversidade de materiais, propostas mão na massa, elaboração de produtos reais e funcionais de impacto no cotidiano da comunidade envolvida. O estudo foi desenvolvido a partir da composição de um grupo com 24 alunos, de uma escola pública municipal, entre 8 a 11 anos, com atendimento no contraturno escolar no decorrer de 2 anos de estudos, atividades e observação. Os dados gerados foram analisados a partir da organização de 3 momentos, sendo que o primeiro olhou para o potencial cíclico e qualificador de produtos baseados em DBR, o segundo observou a coexistência das 3 abordagens de forma natural e complementar e o terceiro categorizou a análise a partir dos itens construídos no Framework norteador, sendo elas (1) Conhecimentos prévios; (2) 4 Ps; (3) Problematização; (4) Espiral da Aprendizagem; (5) Interações argumentativas; (6) Aprofundamento conceitual; (7) Liberdade criativa. Ao final, as análises evidenciaram contribuições significativas no desenvolvimento dos alunos, no âmbito interpessoal, intrapessoal e cognitiva, bem como boas contribuições para o ensino de ciências, tal como preconiza as competências gerais da BNCC. Abstract: Science teaching needs to undergo an urgent l transformation from its historic passivity and transmissivity, which puts it at odds with the very science and inherent curiosity of schoolchildren.The launch of BNCC brought, in addition to a tension on the sides, the certainty that it is essential to extrapolate and diversify its proposals and guidelines in order to address goals in all areas.In this way, this study focuses on the contributions of more active experiences and strategies in elementary education, for the development of conditions needed for the child's scientific and holistic education . Thus, its central objective is to evaluate how the use of differentiated strategies and the adoption of active approaches and methodologies, such as creative, meaningful learning and teaching through research, can contribute in a way that encourages the development of a new attitude towards society and knowledge in an observable and identifiable way, in addition to providing science education in line with social needs. Therefore, based on the guidelines for qualitative research as illustrated by the DBR, and based on the contributions of the selected approaches, a guiding framework was organized that enabled the construction of the Projected Ideal Design that led to the planning and execution of a sequence of lessons based on the main premises and principles of each approach. The cyclical movement of design based research was guaranteed through the structure of the work aiming at increasing qualification and depth. Thus, a project was developed called the "Programmers Club" as an applicable product of Design-Based Research (DBR), which prioritized diversified work involving investigative processes, structuring of real problems, diversity of materials, hands-on activities, and the elaboration of real and functional products with an impact on the everyday life of the community involved. The study was developed based on the composition of a group of 24 students, from a municipal public school, between 8 and 11 years old, in an after school program over the course of 2 years of studies, activities, and observation. The data generated were analyzed from the organization of 3 moments: the first looked at the cyclical and qualifying potential of DBR-based products, the second observed the coexistence of the 3 approaches in a natural and complementary way, and the third categorized the analysis from the items constructed in the guiding framework. These included (1) Previous knowledge; (2) 4 Ps; (3) Problematization; (4) Spiral of Learning; (5) Argumentative interactions; (6) Conceptual depth; (7) Creative freedom. In the end, the analyzes showed significant contributions to development of students, within the scope in the interpersonal, intrapersonal and cognitive realms, as well as promising contributions to science teaching, as advocated by the general competences of the BNCC. Doutorado Ensino de Ciências e Matemática Doutora em Ensino de Ciências e Matemática

Orientador: Prof. Dr. Nelson Studart Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, Santo André, 2020. O currículo de física proposto para o Ensino Médio é amplo, porém, muitas vezes limitado a conceitos da física clássica e de difícil assimilação. Não é trivial para o aluno fazer a ligação entre o que ele vive no seu dia-a-dia (uma rotina rodeada de tecnologia dentro e fora de casa, nos meios de comunicação e de diversão), com os conteúdos que ele aprende nos livros e aulas tradicionais de física. Portanto, a proposta do produto atinge duas problemáticas: currículo e método. Tratando-se de currículo, o tema proposto está dentro dos conteúdos de física moderna e contemporânea, normalmente não trabalhados pelos professores, livros e sistemas didáticos de ensino médio: Ressonância Magnética Nuclear. Agora tratando-se de método, foram utilizadas algumas ferramentas e recursos não usuais das salas de aula tradicionais como, a sala de aula invertida e elementos de gamificação, como jogos, simuladores e dinâmicas. Muito importante salientar que toda a proposta do trabalho é norteada pela aprendizagem significativa, rompendo com a aprendizagem mecânica tradicional e seus mecanismos engessados e desgastados de ensino. Os resultados mostraram um ganho significativo no processo de ensino e aprendizagem dos alunos, desde o seu maior envolvimento nas atividades (quando comparado aos meios tradicionais), até seus trabalhos finais de conclusão, criativos e com bom embasamento teórico. Currently, the proposed physics curriculum for high school is very broad, but often limited to concepts of classical physics and difficult to assimilate. It is not trivial for the student to make the connection between what he lives in his daily life (a routine surrounded by technology indoors and out, in the media and entertainment), with the content he learns in books. and traditional physics classes. Therefore, the product proposal addresses two issues: curriculum and method. In terms of curriculum, the proposed theme for the product is within topics of modern and contemporary physics not addressed by teachers, books and high school didactic systems: Nuclear Magnetic Resonance. Now when it comes to method, some unusual tools and resources of traditional classrooms were used, such as the inverted classroom and gamification elements, such as games, simulators and dynamics. Very important to point out that the whole proposal of the work is guided by meaningful learning, breaking with the traditional mechanical learning and its worn and worn teaching mechanisms. The results showed a significant gain in the teaching and learning process of students, from their greater involvement in activities (when compared to traditional means), until their conclusion works, creative and with a good theoretical foundation.

Neste trabalho são tratadas duas das quatro interações fundamentais que estão presentes na natureza: a gravitacional e a eletromagnética. Para tanto, são abordadas algumas de suas manifestações macroscópicas, facilmente percebidas no dia a dia, que são o peso, a elasticidade e o atrito. Muitas vezes, durante o ensino dessas interações, os alunos apresentam um desinteresse devido à memorização de conceitos que não estão vinculados à experiência de vida deles. Logo, o objetivo desta pesquisa é obter o engajamento do aprendiz, de forma que ele se envolva no processo de aprendizagem desses conceitos, proporcionando uma aprendizagem significativa. Com vistas a esse propósito, foi elaborado um produto educacional, baseado na teoria de games. Essa abordagem utiliza elementos de um jogo de Role Playing Game – RPG – acerca de três personagens com super-habilidades, as quais estão relacionadas às manifestações das interações citadas anteriormente, a saber: o peso, a elasticidade e o atrito. O embasamento teórico foi a aprendizagem significativa e a interação social entre alunos e professor. A aplicação do produto foi realizada e teve uma aceitação promissora por parte dos alunos. Dessa forma, o ensino-aprendizagem deu-se de maneira lúdica, contando com a interação entre os alunos, tornando o processo mais propício a uma aprendizagem significativa e criando um ambiente em sala de aula mais convidativo a se querer aprender. Nesta dissertação, são apresentados: a ideia que incentivou a realização do trabalho; as teorias sobre aprendizagem; o conceito e a utilização de games na educação; os conceitos de peso, elasticidade e atrito; os elementos constituintes do produto, bem como a descrição de como foram elaborados e as características dos personagens e do jogo; um relato da aplicação do produto em uma turma da primeira série do Ensino Médio regular e em duas turmas de nível superior; e alguns resultados alcançados com a aplicação do produto, nos quais foram evidenciados como o conhecimento foi modificado e transferido para a justificativa das ações e das decisões tomadas no jogo, demonstrando a aprendizagem significativa não mecânica e o domínio dos conceitos. In this paper, two of the four fundamental interactions that are present in nature are treated: gravitational and electromagnetic. Therefore, some of its macroscopic manifestations, easily perceived in everyday life, which are weight, elasticity and friction, are addressed. Often during the teaching of these interactions, students show disinterest due to the memorization of concepts that are not tied to their life experience. Therefore, the objective of this research is to get the learner's engagement, so that he is involved in the learning process of these concepts, providing a meaningful learning. For this purpose, an educational product based on game theory was developed. This approach uses elements from a Role Playing Game - RPG - about three characters with super skills, which are related to the manifestations of the interactions mentioned above, namely: weight, elasticity and friction. The theoretical basis was meaningful learning and social interaction between students and teacher. The application of the product was performed and had a promising acceptance by the students. Thus, the teaching-learning was playful, counting on the interaction between the students, making the process more conducive to meaningful learning and creating a more inviting classroom environment to want to learn. In this work, are presented: the idea that encouraged the accomplishment of the work; the theories about learning; the concept and use of games in education; the concepts of weight, elasticity and friction; the constituent elements of the product, as well as the description of how they were elaborated and the characteristics of the characters and the game; a report of the application of the product in a first grade class of regular high school and two higher level classes; and some results achieved with the application of the product, which showed how the knowledge was modified and transferred to justify the actions and decisions made in the game, demonstrating the significant non-mechanical learning and mastery of the concepts.

Orientador: Prof. Dr. Nelson Studart Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, Santo André, 2019. Entre os desafios da atualidade, o ensino de uma Física contemporânea, interessante e contextualizada é essencial para a aprendizagem significativa dessa Ciência pelos estudantes do Ensino Médio. Fundamentada nessa ideia, essa dissertação apresenta uma proposta de ensino sobre o tema Energia Solar, dividido em três eixos de estudo, sendo o primeiro, a produção da energia no Sol, o segundo eixo, a propagação dessa energia pelo espaço e atmosfera da Terra, e no terceiro eixo, a captação dessa energia e transformação em eletricidade. A metodologia utilizada consistiu na criação de um curso híbrido sobre o tema com a disponibilização de um Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA), experimentos, jogos de quiz, entre outros, inseridos em uma Sequência Didática (SD). Esta SD fornece metodologias ativas inovadoras e diversificadas, baseadas no uso de dispositivos (computadores, tablets ou telefones celulares) para realizar previamente atividades disponíveis no AVA, e a seguir, atividades e discussões em sala de aula mediadas pelo(a) professor(a). O AVA foi construído de forma simples por meio de ferramentas como Google Sites, YouTube e Google Forms. Os jogos de quiz foram criados no Kahoot e o simulador usado é do PhET. Todas as plataformas e ferramentas descritas podem ser acessadas gratuitamente na internet, sendo as mesmas de fácil utilização para a criação de material educacional, não requerendo qualquer conhecimento específico de linguagens de programação. Assim, professores podem desenvolver seus materiais educacionais em um AVA de forma semelhante, usando apenas criatividade e internet. Among the challenges of today, the teaching of a contemporary, interesting and contextualized Physics is essential for meaningful learning of this Science by high school students. Based on this idea, this dissertation presents a teaching proposal on Solar Energy, distributed along three lines of study. The first one deals on the production of energy in the sun, the second one, on the propagation of this energy through the space and Earth¿s atmosphere, and the third line considers the absorption of this energy and its transformation into electricity. The methodology consisted in the creation of a hybrid course on the subject with the availability of a Virtual Learning Environment (VLE), experiments, quiz games, among others, inserted in a Teaching Sequence (TS). This TS provides innovative and diversified active methodologies based on the use of gadgets (computers, tablets or mobile phones) to perform previously the activities available in the VLE, and in the following, classroom activities and discussions mediated by the teacher. VLE was built simply using Google Sites, YouTube, and Google Forms. Quizzes games were created in Kahoot and the simulator used is from PhET. All platforms and tools described can be accessed for free on the internet. These tools are quite easy to use for creating educational material, not requiring any specific knowledge of programming languages. Therefore, teachers can develop their educational materials in a VLE in a similar way, using only creativity and internet.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2018-09-14T15:43:55Z No. of bitstreams: 1 Thauany Barreto Barros.pdf: 13548101 bytes, checksum: b84564df97aad33dbf5ec06472d7ff87 (MD5) Made available in DSpace on 2018-09-14T15:43:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thauany Barreto Barros.pdf: 13548101 bytes, checksum: b84564df97aad33dbf5ec06472d7ff87 (MD5) Previous issue date: 2018-06-14 The transmission of knowledge finds difficulties in the contextualization and assimilation of subjects by the students. Due to these issues, this work has as a goal to promote science in a entertaining way by using the toy, based in the social-constructive pedagogical methodology proposed by Lev Vigotsky. With this in mind, the Educational Product is organized in a script composed by a didactic sequence with experimental activities, by using the spinning top, aiming at a better understanding of the subjects related to rotational dynamics. We extend, as part of the subject of study, the demonstration of the "spinning top with electromagnetic transmission" experiment, which illustrates a continuum rotational motion, providing a more significant learning experience. The present work has been developed with the senior year students of Paralelo Private Highscool, located in São Luís - MA, during 2018. A transmissão do conhecimento encontra dificuldades na contextualização e assimilação dos conteúdos pelos discentes. Em função destes problemas o trabalho tem como objetivo fomentar a ciência de forma lúdica através da utilização do brinquedo e da brincadeira, embasados na metodologia pedagógica soioconstrutivista proposta por Lev Vygotsky. Pensando nisso, o Produto Educacional, se organiza em um roteiro composto por uma sequência didática com atividades experimentais, através do uso do brinquedo pião, visando a melhor compreensão dos assuntos relacionados a dinâmica rotacional. Estendendo-se como parte do objeto de estudo a demonstração do experimento “pião com transmissão eletromagnética”, que visa um movimento rotacional contínuo, tornando o aprendizado mais significativo. O presente trabalho foi desenvolvido com os alunos do terceiro ano do ensino médio da escola privada Paralelo na cidade de São Luís – MA, durante o ano de 2018.

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Oliveira da Costa Pires Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2018. O entendimento das ondas eletromagnéticas possui uma representatividade signicativa na vida contemporânea. Os diversos tipos de radiação tais como ondas de radiofrequência, radiação infravermelha, radiação visível, radiação ultravioleta, raios X e radiação gama, são objetos de estudo do tema. Em especial, sabe-se que a radiação ultravioleta é perigosa à saúde da pele e dos olhos. Diversos produtos comerciais foram desenvolvidos a m de proteger os órgãos dos danos caso haja uma exposição excessiva a essa radiação. Apesar dessa importância, o ensino de ondas no ensino médio está dissociado do cotidiano do aluno. Nesse cenário, propomos um produto educacional que aborda, de forma dialógica, os perigos da radiação ultravioleta utilizando-se dos conceitos de ondas no ensino médio. Esse produto consiste de uma sequência de aulas e um experimento de detecção da radiação ultravioleta através de um sensor eletrônico conectado a uma plataforma Arduino. Para o desenvolvimento da sequência de aulas, escolhemos como metodologia de aprendizagem os Três Momentos Pedagógicos por propiciar a problematização do assunto em sala de aula. O produto foi aplicado em três turmas do ensino médio de duas escolas com realidades sociais distintas na cidade de Barueri. O relato da aplicação do produto nas turmas, bem como a avaliação, estão contidas nessa dissertação. The understanding of electromagnetic waves has a signicant representation in contemporary life. Various types of radiation such as radiofrequency waves, infrared radiation, visible radiation, ultraviolet radiation, X-rays and gamma radiation are objects of study of the subject, in particular it is known that ultraviolet radiation is dangerous to skin health and eyes. Several commercial products have been developed in order to protect the cited organs from damage if there is excessive exposure to this radiation. Despite this importance, the teaching of waves in high school is dissociated from the daily life of the student. In this scenario, we propose an educational product that approaches, in a dialogical way, the dangers of ultraviolet radiation using the concepts of waves in high school. This product consists of a sequence of classes and an experiment to detect ultraviolet radiation through an electronic sensor connected to an Arduino platform. For the development of the sequence of classes, we chose as the learning methodology the Three Pedagogical Moments for propitiating the problem of the subject in the classroom. The product was applied in three high school classes of two schools with distinct social realities in the city of Barueri. The report of the application of the product in the classes, as well as the evaluation, are contained in this dissertation.

Orientadora: Profa. Dra. Giselle Watanabe Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2018. A sociedade contemporânea tem se mostrado cada vez mais conectada, interligada e global, e de certo, muitas das questões de cunho escolar científico tratadas nas aulas de Física produzem poucos diálogos entre o mundo escolar e o mundo real. De certo, um ensino que busque essa aproximação parece não encontrar eco em um sistema de ensino propedêutico, positivista, determinista, incapaz de dialogar com as diferentes áreas do saber. Diante disso, esta dissertação busca, a partir da temática da energia e entropia, propor e analisar aulas com potencial diálogo com outras áreas do conhecimento. Metodologicamente, analisam-se livros didáticos de física do Ensino Médio de modo a encontrar espaços de inserção da entropia a fim de enriquecer as abordagens dadas à Física Térmica; em seguida, propõem-se aulas sobre a entropia tomando-a como um conceito aglutinador que permite promover um ensino sobre o tema energia de forma mais complexa. A proposta de aula foi aplicada na escola e as respostas dos alunos e das alunas permitiram identificar que nem sempre os/as estudantes complexificam o conhecimento de forma linear e progressiva. No entanto, indicam possibilidades reais de aproximações com assuntos de suas realidades que levariam a um ensino mais complexo. Contemporary society has been increasingly connected, interconnected and global, and of course, many of the scientific schooling issues addressed in physics classes produce few dialogues between the school world and the real world. Of course, a teaching that seeks this approximation seems to find no echo in a propaedeutic, positivist, deterministic education system, incapable of dialoguing with the different areas of knowledge. In view of this, this dissertation seeks, from the energy and entropy theme, to propose and analyze classes with potential dialogue with other areas of knowledge. Methodologically, textbooks of high school physics are analyzed in order to find spaces for insertion of entropy in order to enrich the approaches given to Thermal Physics; then classes on entropy are proposed taking it as an agglutinating concept that allows to promote a teaching on the energy theme in a more complex way. The lecture proposal was applied in the school and the students' answers allowed to identify that students do not always complexify knowledge in a linear and progressive way. However, they indicate real possibilities of approximations with subjects of their realities that would lead to a more complex teaching.

Orientadora: Profa. Dra. Laura Paulucci Marinho Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2018. Este trabalho teve por objetivo elaborar e avaliar uma sequencia didática para estudar as estrelas através do ensino dos fenômenos de emissão luminosa e fusão nuclear que nelas ocorrem e sua análise espectroscópica. A elaboração da sequencia didática foi subsidiada pela teoria educacional sociointeracionista de Vygotsky, utilizando também de elementos de jogos na educação para estruturar uma metodologia de ensino investigativa. Como resultado, foi proposto um jogo colaborativo onde os alunos tiveram a oportunidade de interagir inicialmente em pequenos grupos e posteriormente em grupos maiores de trabalho. A sequencia didática está dividida em quatro temas: Brilho, Energia, Espectroscopia e Observação Virtual, onde cada um deles possui uma estrutura de trabalho que se inicia com uma questão norteadora, desenvolve-se com a realização de dinâmicas e é concluída com a sistematização do conhecimento. Em todas as etapas os alunos possuem tarefas a serem realizadas, dando ênfase em uma metodologia ativa e investigativa. A aplicação deste produto educacional ocorreu em uma escola da rede pública estadual da cidade de São Paulo para alunos do 2o ano do ensino médio, sob o formato de mini-curso. Os resultados obtidos foram bastante satisfatórios no que concerne 'a avaliação da aprendizagem dos alunos e também em relação ao modo que os alunos receberam as atividades propostas e a consequente avaliação que fizeram sobre a estrutura do curso. This work elaborated and evaluated a didactic sequence to study stars through the teaching of light emission and nuclear fusion phenomena that occur in them and their spectrocopic analysis. The didactic sequence elaboration was subsidized by the socio-educational theory of Vygotsky, also using elements of games in education to structure a methodology of investigative learning. As a result, a collaborative game was proposed where students had the opportunity to interact amongst them, initially in small groups and later in larger working groups. The didactic sequence is divided into four themes: brightness, energy, spectroscopy and virtual observation, each with a working structure that begins with a guiding question, develops with the making of dynamics and is completed with the systematization of knowledge. At all stages the students have tasks to be carried out, emphasizing an active and investigative methodology. This educational product was tested with students of the second year of high school in a public school in the city of São Paulo, under a mini-course format. The results obtained were very satisfactory regarding the evaluation of the students¿ learning and also in relation to the way the students received the proposed activities and their evaluation about the structure of the course.

Orientador: Prof. Dr. Nelson Studart Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2017. Atualmente, o ensino de física no Brasil se apresenta focado nos conteúdos de vestibulares e metodologias de ensinotradicionais em queo professor, detentor do conhecimento, baseia a sua aula na exposição de conteúdos e resolução de exercícios. Na perspectiva de mudança, o produtoeducacional apresentado nessa dissertação tem como objetivoutilizar uma metodologia ativa e inovadora, no caso a gamificação, que visa estimular o engajamento, compartilhar experiências e promover a aprendizagem,usando elementos do design e da mecânica dos games. O produto consiste em uma sequência didática para ensinar conceitos de gravitação para alunos do Ensino Médio. Na realização das atividades, tendo os alunos como foco principal do processo de ensino e aprendizagem, são empregados objetos educacionais digitais como vídeos,simulações e games bem como textos significativos de física e filmes comerciais de ficção científica. Esta dissertação descreve a concepção, aplicação do produto, os resultados obtidos e traz todo o material usado em sua aplicação, além de pesquisa de satisfação dos alunos envolvidos. The current Physics teaching in Brazil is mostly focused on the student¿s preparation to accessing higher education institutions. It is used the traditional teaching method in which the teacher, holder of the physical knowledge, bases his instruction on content exposure and resolution of problems. In the perspective of paradigm change, the educational product presented in this dissertation introduces an innovative active methodology, in this case the gamification process, which intends to stimulate engagement, share experiences and promote learning, using elements of game design and mechanics. The product consists of a didactic sequence to teach gravitation concepts to high school students. By carrying out the activities, with the students as the focus of the teaching-learning process, digital educational objects such as videos, simulations and games as well as significant texts of physics and commercial science fiction films are employed. This dissertation describes the design, application of the product in the classroom; the results obtained and bring all the material used in its application, as well as a satisfaction survey of the students involved.

Orientador: Prof. Dr. José Kenichi Mizukoshi Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2017. Os documentos ociais que regulamentam o ensino no Brasil contemplam a presença de física moderna e contemporânea como parte integrante do Ensino Médio. No entanto, nas salas de aula os temas relacionados a esta área de conhecimento são muito raros, limitando o ensino de física a teorias clássicas. No intuito de contribuir com a mudança desse cenário educacional, foi construído um website sobre a física de partículas elementares. O produto educacional desenvolvido tem o objetivo de constituir uma fonte de pesquisa sobre o tema e uma base de dados com acesso a diversos recursos multimídia. O formato de website naturalmente atrai a atenção dos estudantes deste nível de ensino, por fazer parte de seu cotidiano e por ter o potencial de atingir um grande público por todo o território nacional, não somente formado por estudantes, mas também de curiosos. O tema sobre a física de partículas tem atraído a atenção de um amplo público, visto que atualmente é tema de pesquisa com forte presença na grande mídia e obras de cção cientíca. Além disto, o entendimento dos fenômenos que ocorrem, como por exemplo no grande colisor de hádrons responsável pela descoberta do bóson de Higgs , contempla muitos aspectos das teorias clássicas, sendo que grande parte de seu princípio de funcionamento é explorado no currículo tradicional. Assim, o tema é motivador também para o estudo da física clássica. A partir de uma pesquisa de satisfação com mais de duas centenas de visitantes do website, foi possível concluir que uma grande parcela dos visitantes aprova a forma e o conteúdo do produto educacional. The ocial documents that regulate the educational system in Brazil contemplate the modern and contemporary physics in the high school curriculum. However, the themes related to this area are rarely seen in the classrooms, where the physics teaching is limited mostly to classical theories. In order to contribute with the change in this scenario, we constructed a website about elementary particle physics. This educational product was developed aiming to constitute a research source and a data basis with a great variety of multimedia resources. The format naturally attracts the high school student's attention, because websites are incorporated in their daily routine and this format has also a potential to reach a huge public in all national territory, not only students but also curious people. The theme particle physics has attracted the attention of a wide public, since it is currently a research subject with a large presence in the media and in the science ction products. Moreover, the understanding of the phenomena ocurring for instance in the Large Hadrons Collider responsible for the discovery of the Higgs Boson contemplates many aspects of the classical theories, where their principles are explored in the high school curriculum. Therefore, the theme is also a motivator for classical physics studies. From a satisfaction survey with more than two hundreds of website's visitors, it was possible to conclude that most of them approves the form and content of our educational product.

Orientadora: Prof. Dra. Laura Paulucci Marinho Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2017. Jogos de interpretação de personagens, da sigla em inglês role-playing game (RPG), tornaram-se populares na década de 1980, sendo uma atividade mais colaborativa entre jogadores do que competitiva. Desta forma, seu uso torna-se bastante interessante do ponto de vista educacional. Este trabalho teve como objetivo desenvolver um sistema de um jogo de RPG que pudesse ser aplicado a situações de ensino, em particular a tópicos associados ao ensino de física. Foi dada atenção a colocar regras que mantivessem os alunos engajados ao longo do jogo, introduzindo um sistema de pontos que os permitissem testar seus conhecimentos sobre o assunto de modo a avançar na história. Acompanhando este sistema, foi desenvolvida uma aventura sobre uma viagem futurística no sistema solar, o que permitiu tratar de tópicos como leis do movimento orbital e geração da energia nas estrelas. Este produto foi aplicado junto a três turmas de ensino médio na modalidade de Ensino de Jovens e Adultos na cidade de Diadema, na grande São Paulo, num total de 50 alunos. O assunto abordado na aventura foi apresentado previamente aos alunos através de uma UEPS (unidade de ensino potencialmente significativa). A atividade se desenvolveu de maneira bastante produtiva e com participação ativa dos alunos. O questionário avaliativo aplicado indicou que a atividade foi recebida de forma positiva pelos alunos e que 87% deles gostariam que mais tópicos fossem vistos desta maneira. Os resultados mostram que a introdução do ensino a partir de atividades lúdicas é bem recebido pelos alunos e aumenta a interação professor-estudante em sala de aula. Nesse sentido, a introdução de jogos, em particular do RPG, pode auxiliar bastante a prática pedagógica do professor em sala de aula. Role-playing games (RPG) became popular in the 1980¿s being an activity with a more colaborative than competitive aspect. In this way, its use in a classroom environment becomes interesting from the educational perspective. The main goal of this work was to develop a RPG system that could be used under a teaching perspective, in particular to physics teaching topics. Special attention was given to stablish rules that could keep students engajed during the game by introducing a point system that allowed them to test their knowledgement on the subject as means to advance the story. Together with the RPG system developed, an adventure concerning a mission in the solar system taking place in the future was also created, which allowed to discuss topics such as laws of orbital motion and energy generation in stars. The resulting product was tested with three different high school for young adults teaching groups in the city of Diadema, great São Paulo, with a total of 50 students. The topics treated in the adventure had already been presented to the students using a UEPS (from the Portuguese, potentialy significative teaching unit). The activity was developed in a very productive way and with an active student participation. The evaluating questionary indicated that the activity was well evaluated by the students and that 87% of them would like more topics to be developed this way in the classroom. The results show that teaching from playful activities is well received by students and increases the teacher-student interaction in the classroom. In this sense, the introduction of games, in particular of RPG, may auxiliate the pedagogic practise of teachers in the classroom.

Orientador: Prof. Dr. Nelson Studart Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2017. This work proposes as a product of the National Professional Master's Degree in Physics Teaching a pedagogical activity focused on the physics teaching, with in an investigative approach tolearning, using a remote astronomy laboratory. Firstly, we describe the theoretical research about iteaching by investigation, the use of astronomical activities in physics teaching and practice with remote laboratories. Secondly, the elaboration of the proposed activity item by item is described. Objectives, forms of application and expected results. In the following a description of the implementation of the proposal is detaile. The results are analyzed according to the documents produced by the students, their performance during the development of the activities and their participation in an international science junior fair. It was possible to evaluate the acquisition of the physical concepts by the students concerning to the color of the stars and their temperature, as well as the development of skills related to autonomy, scientific writing and oral presentation, Evidencing the efficiency of the elaborated product in relation to its didacticpedagogical objectives. Este trabalho propõe como produto do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física uma atividade pedagógica voltada ao ensino de física, com abordagem investigativa, utilizando-se de laboratório remoto e relacionado á astronomia, no formato de livreto. Primeiramente descreve-se a pesquisa teórica a respeito de ensino investigativo, do uso de atividades astronômicas no ensino de física e da prática com laboratórios remotos. Num segundo momento descreve-se a elaboração da atividade proposta item por item. Os objetivos, as formas de aplicação e os resultados esperados. Em seguida relata-se detalhadamente a aplicação prática da proposta elaborada. Os resultados são analisados de acordo com os documentos produzidos pelos estudantes, pelo seu desempenho durante o desenvolvimento das atividades e a participação em uma feira internacional de pré iniciação científica. Foi possível avaliar que os estudantes se apropriaram dos conceitos físicos relativos á cor das estrelas e sua temperatura, assim como o desenvolvimento de habilidades referentes á escrita científica, apresentação oral e autonomia, evidenciando a eficiência do produto elaborado em relação aos seus objetivos didático-pedagógicos.

Orientador: Prof. Dr. Nelson Studart Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2017. Este trabalho consiste em uma Sequência de Ensino Aprendizagem (SEA) baseada em atividades experimentais virtuais usando o game Portal 2 com o objetivo de subsidiar os professores de Física que desejem inovar em suas práticas educacionais. Ao observar que o ensino tradicional, em que os alunos são expostos à memorização de fórmulas e resolução de exercícios sem aplicação prática, poderia estar relacionado a um baixo interesse pelo conteúdo apresentado, este trabalho busca apresentar uma alternativa de ensino, a aprendizagem baseada em games, algumas técnicas da gamificação. A aplicação numa escola particular de São Paulo mostrou a eficácia da utilização do game Portal 2, considerado o mais apropriado para o ensino de Física, para demonstrar o caráter experimental da Física e tornar o ensino mais atraente aos alunos que são considerados nativos digitais. This work consists in a Teaching and Learning Sequence (TLS) based on experimental virtual activities using the game Portal 2. The objective is subsidizing physics teachers who wish to innovate in their educational practices. The traditional teaching, in which the learning process employs memorization of formulas and resolution of exercises by the students without any practical application, could be related to the low interest in the learning of physics. This work presents an alternative approach, the game based learning (GBL) and some techniques of gamification. The application in a private school of São Paulo showed the effectiveness of using the game Portal 2, recognized as the most appropriate game to physics teaching, in demonstrating the experimental nature of Physics and make teaching task more attractive to students who are considered digital natives.

Orientador: Prof. Dr. Nelson Studart Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2017. Esta dissertação aborda o ensino da produção sustentável de energia elétrica por meio de jogos didáticos. Trata-se um tema de grande relevância para a formação do cidadão, contribuindo para a conscientização da necessidade de combater o aquecimento global. À medida que a população aumenta, o consumo de energia elétrica também e torna-se imperiosa a utilização de fontes primárias de energia limpa. A geração de energia elétrica renovável aproveita os recursos dos ventos, do sol, do mar e dos materiais orgânicos, convertendo-os em energia elétrica. O trabalho foi fundamentado na teoria de aprendizagem baseada em jogos discutida por Wallon, Huizinga e Chateau, apresentado na forma de uma sequência de ensino aplicada aos alunos de Física do 3º ano do Ensino Médio em uma escola pública da cidade de Cotia ¿SP. Como estratégia didática e para fixação de conteúdo, foram aplicados em sala de aula dois jogos pedagógicos: um jogo de tabuleiro tipo trilhas e um jogo de cartas super-trunfo. Os jogos e sua aplicação em sala de aula constituem o produto educacional descrito nessa dissertação. O uso dos jogos despertou o interesse e motivou os alunos para apreender o tema proposto de forma divertida e diferente das aulas tradicionais de Física. This dissertation addresses the teaching of the sustainable production of electrical energy through didactic games. This issue is of great relevance for the formation of the citizen, contributing to the awareness of the need to combat global warming. As the population grows, so does the consumption of electricity and primary sources of clean energy become imperative. The generation of renewable electric energy takes advantage of the resources of the winds, the sun, the sea and the organic materials converting into electric energy. The work was based on the theory of game-based learning discussed by Wallon, Huizinga and Chateau, presented in the form of a teaching sequence applied to physics students of the 3rd year of a public High School in the city of Cotia -SP. As a didactic strategy for content retention, two pedagogical games were applied in the classroom: a board game and a super-trump card game. The games and their application in the classroom constitute the educational product described in this dissertation. The use of the games aroused interest and motivated the students to apprehend the proposed theme in a fun and different way from the traditional classes of Physics.

O presente trabalho versa sobre a importância das aulas práticas para que o conteúdo de óptica geométrica seja mais bem assimilado e compreendido pelos alunos do ensino médio das escolas públicas e, com este despertar que gradualmente ocorra, aumente-se o interesse pelas aulas citadas acima.Analisou-se, particularmente, a utilização do laboratório, o envolvimento dos alunos e o uso de kits para os experimentos sobre óptica geométrica.Verificou-se da mesma forma, a utilização de material de baixo custo de fácil acesso e ainda a abordagem de temas como a dispersão da luz, associação de espelhos planos, reflexão e refração da luz e lentes esféricas. Nota-se que para muitos estudantes é difícil fazer uma conexão entre a teoria e a prática. Neste ínterim, pode-se perceber que a física tem que ter sentido para os alunos e ser vista como algo prático e presente no seu cotidiano. Assim, as aulas práticas tornam-se um grande aliado do professor, garantindo uma maior aprendizagem sobre os temas abordados. Portanto, os objetivos deste trabalho visam propor mudanças, na metodologia tradicional do ensino atual da Física em Minas Gerais e desenvolver a curiosidade e o senso crítico do aluno para que compreenda e aprenda com mais facilidade o conteúdo ministrado. O presente trabalho foi desenvolvido com alunos da segunda série do Ensino Médio regular da Escola Estadual São Sebastião da cidade de Cruzília - MG.Verifica-se com este que as atividades no laboratório alcançaram os objetivos propostos. Conclui-se, portanto que a utilização de laboratórios de física, é excelente recurso para que os alunos possam compreender melhor o assunto “óptica”, a partir de uma aprendizagem mais efetiva. This work discusses the importance of practical lessons for the geometrical optics content to be better assimilated and understood by secondary education students from public schools, and with a gradually awakening, the interest in the classes increases. We especially analyzed the use of the laboratory, the involvement of students and the use of kits for experiments on geometric optics. The use of inexpensive materials and easily accessible approach was verified, and also issues such as scattering of light, flat mirrors association, reflection and refraction of light and spherical lenses. We noted that for many students it is difficult to make a connection between theory and practice. In this meantime, one can realized that physics has to make sense to the students and be seen as something practical and present in their daily lives. Thus, the practical classes become a great ally of the teacher, ensuring greater learning about the covered topics. Therefore, the objectives of this study aimed to propose changes in the traditional methodology of the current physics teaching in Minas Gerais, and developing student curiosity and critical thinking to understand and learn more easily the taught content. This work was developed with students of the second series of regular high school from the State School São Sebastião, Cruzília - MG. The laboratory activities have achieved our goals. Therefore, the use of physics laboratories is an excellent resource for the better understanding of optics for students, from a more effective learning. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Acompanha: Encarte do produto educacional: a física da música e a pluralidade didática CAPES Esta dissertação visa apresentar uma proposta de sequência didática para explorar significativamente conteúdos de ondulatória, acústica e conteúdos relacionados à sua compreensão, utilizando elementos da música como agente motivacional ao aprendizado de física, bem como uma gama de recursos didáticos com o objetivo de oferecer uma pluralidade didática adaptada a partir dos fundamentos da pluralidade metodológica de Paul Feyerabend. Estes recursos são desde quadro giz, a inventos, instrumentos musicais, experimentos, softwares, simuladores, imagens, animações, videoaulas, músicas, poesias e alguns aspectos epistemológicos da física da música. This thesis aims to present a proposal for didactic sequence to significantly explore waves, acoustics and related content to their understanding, using elements of music as a motivational agent to the physics learning, as well as a range of instructional resources with the aim of offering a didactic plurality it was adapted from the fundamentals of methodological plurality of Paul Feyerabend. These features are since chalk framework, to inventions, musical instruments, experiments, softwares, simulators, images, animations, video lessons, songs, poetry and some epistemological aspects of the physics of music.

Não recebi financiamento The student learning obtained by memorizing the information transmitted by the teacher's narrative, for further reproduction in the assessment, shows that the classic way of teaching, leads to a mechanical and not significant learning. The proposal of this study is to report the development and application of a Potentially Meaningful Teaching Unit (PMTU) proposed by Moreira, based on the Theory of Meaningful Learning of Ausubel. The proposal was drawn up using the PMTU steps in which, at first the survey of students' prior knowledge about the theme vectors was performed through the collective construction of a conceptual map and then the content of vectors was presented more generally through problem- situations. From that on, each vector operation was addressed more specifically, aiming the progressive differentiation and the integrative reconciliation. The students' performance was accomplished through their active participation and motivation in solving the problem-situations, in class debates, in the construction of maps, in simulations and video productions, that is with the use of The Information and Communication New Technologies of (ICNT). The concepts that were discussed and presented in accordance with the steps of PMTU: scalar greatness, vector greatness, trigonometric relationships in the triangle rectangle, vector addition by the polygon, the parallelogram and components methods, scalar product (real number) by one vector, scalar product and vector product of two vectors. The use of this sequence showed the evidence of occurrence of significant learning by the students and, therefore, many of the difficulties of high school students understanding have been overcome, since they are now familiar with the determination of some physical greatness, through operations with vectors presented in analytical geometry. A aprendizagem do aluno obtida somente através da memorização das informações transmitidas pela narrativa do professor, para posterior reprodução na avaliação, mostra que a maneira clássica de ensinar, leva a uma aprendizagem mecânica e não significativa. A proposta deste trabalho é relatar o desenvolvimento e a aplicação de uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) proposta por Moreira, baseada na Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel. A mesma foi elaborada seguindo os passos da UEPS onde, num primeiro momento fez-se o levantamento dos conhecimentos prévios dos alunos acerca do tema vetores através da construção de um mapa mental e, em seguida foi apresentado o conteúdo de vetores de forma mais geral, através de situações-problemas. A partir daí, cada operação com vetores foi abordada de maneira mais específica, visando à diferenciação progressiva e à reconciliação integradora. O desempenho dos alunos se deu pela participação ativa e motivação dos mesmos nas resoluções das situações-problemas, nos debates em sala, nas construções de mapas, nas simulações e na produção de vídeo, ou seja, no uso das Novas Tecnologias da Informação e Comunicação (NTIC). Os conceitos que foram abordados e apresentados de acordo com os passos da UEPS: grandeza escalar, grandeza vetorial, relações trigonométricas no triângulo retângulo, adição vetorial pelos métodos do polígono, do paralelogramo e das componentes, produto de escalar (número real) por um vetor, produto escalar e produto vetorial de dois vetores. A utilização dessa sequência apontou evidências da ocorrência de aprendizagem significativa por parte dos alunos e, com isso, muitas das dificuldades de compreensão dos alunos do Ensino Médio foram superadas, uma vez que agora estão familiarizados com a determinação de algumas grandezas físicas, através de operações com vetores, apresentadas na Geometria Analítica.

Orientadora: Prof. Dra. Laura Paulucci Marinho Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2016. O objetivo deste trabalho foi desenvolver e avaliar uma sequência de ensino para o ensino de astronomia, aplicada em uma escola pública do Estado de São Paulo, com alunos do último ano do ensino médio. Nossos estudos iniciais indicaram uma quantidade significativa de trabalhos direcionados para o ensino de astronomia, contudo, poucos são específicos para o ensino da astronomia estelar. A sequência de ensino teve como tema a origem, a evolução e a morte das estrelas. O produto educacional oriundo desta dissertação consistiu na elaboração de um material didático sobre essa temática voltado a auxiliar professores do ensino médio na construção de suas aulas. O referencial teórico utilizado na elaboração das atividades da sequência de ensino e na avaliação de seus resultados foi a Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e os Mapas Conceituais de Novak. Analisando os mapas conceituais construídos pelos alunos antes e após a aplicação da sequência de ensino e também com base em um teste de múltipla escolha, observamos indícios que apontam para uma aprendizagem significativa dos conceitos trabalhados. The aim of this study was to develop and evaluate a teaching sequence for astronomy education that was applied in a public school of the State of São Paulo, Brazil, with students of the final year of high school. In our initial research, we found a significant number of studies directed to astronomy education. However, just a few of them dealt specifically with stellar astronomy. The teaching sequence adopted the origin, evolution and death of stars as theme. The educational product resulting from this dissertation consists of a didactic material set on this subject for high school teachers to use in their classes. The theoretical framework used to prepare the activities of teaching sequence and the evaluation of its results was the Theory of Meaningful Learning by David Ausubel and Concept Maps by Novak. Conceptual maps built by the students before and after the teaching sequence and a multiple-choice test were used as means to evaluateits effectiveness. After analyzing the data, evidences pointing to significant learning of the concepts related to the proposed theme were observed.

Orientador: Profa. Dra. Leticie Mendonça Ferreira Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2016. Este trabalho consiste na aplicação de dois métodos ainda pouco usados no ambiente escolar brasileiro, o Ensino sob Medida (EsM) e o Instrução pelos Colegas (IpC). Baseando-se nas teorias de aprendizagem significativa de Ausubel e sociointeracionista de Vygotsky, propomos um material educacional para o ensino de conteúdos de Óptica e Mecânica para o Ensino Médio. A proposta foi aplicada em estudantes do primeiro ano do Ensino Médio do Colégio Santo Antônio de Lisboa, localizado na cidade de São Paulo. No contexto do EsM, o aluno teve como tarefa, antes da aula expositiva, a leitura de textos e a resolução de questões conceituais sobre o tema em estudo. Essas questões foram feitas com o uso do googleforms, uma ferramenta gratuita disponibilizada pelo Google. Com as respostas enviadas pelos alunos ao professor, este elaborou o material didático da aula expositiva, dando particular atenção às dúvidas e dificuldades manifestadas pelos alunos nos formulários. Após a aula expositiva, a turma realizava uma atividade, ainda relacionada ao tema em estudo, que promovia a participação mais ativa dos alunos no processo de ensino-aprendizagem. Com o auxílio da ferramenta Plickers, foram propostas questões de múltipla escolha e o aluno votava compulsoriamente na alternativa que julgasse correta com uma espécie de QR-Code pessoal que lhe garantia o anonimato. Dependendo do índice de acertos, a votação era repetida após os alunos, organizados em grupos, discutirem a questão. Ao final os alunos foram solicitados a responderem a um formulário de avaliação geral sobre a metodologia empregada. O produto desenvolvido neste trabalho compreende um tutorial de como utilizar a ferramenta Plickers. As análises qualitativa e quantitativa das aplicações indicam uma progressão no aprendizado dos alunos e revelam que a metodologia proposta contribuiu para promover uma maior participação e engajamento dos alunos no processo de ensino-aprendizagem. This dissertation involves the application of two methods still poorly employed in Brazilian school environment, the Just-in-Time Teaching (JiTT) and the Peer Instruction (PI) methods. Based on Ausubel's Meaningful Learning Theory and Vygotsky¿s Sociointeracionist Theory, we propose an educational material to teach Optics and Mechanics contents in High School level. The proposal was conducted in first year high school classes at Colégio Santo Antonio de Lisboa, located in São Paulo city. Within the context of the JiTT, the student had text readings and resolution of conceptual questions about the matter of study as tasks prior to the lecture. These issues were made using googleforms, a free tool provided by Google. Based on the answers provided by the students, the teacher produced the courseware of the lecture, giving particular attention to the doubts and difficulties manifested by students in the forms. After the lecture, the group performed an activity, also related to the matter of study, which increased the active participation of students in the teaching-learning process. With the help of Plickers tool, it was proposed multiple-choice conceptual questions and the student voted compulsory in the alternative considered correct with a kind of personal QR-Code, which assures anonymity. Depending on the hit rate, the vote was repeated after the students have discussed the issue organized in groups. At the end, the students answered one general evaluation form concerning the methodology employed. The product developed in this work includes a tutorial on how to use the Plickers tool. Qualitative and quantitative analysis of the applications indicate a progression in student learning and show that the proposed methodology helped to improve the participation and engagement of students in the teaching-learning process.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) This present work aims to build a Teaching and Learning Sequence (TLS) proposed by Marco. A. Moreira , based on David Ausubel's Meaningful Learning Theory. The TLS aims to lead to a meaningful conceptual learning of Einstein's Special Relativity theory by suppressing the excessive calculus involving it. One of its greatest achievements is the use of the educational game - a slower speed of light and animations. The topics of the unit content are time dilation, length contraction, invariance of the speed of light, the relativity of simultaneity, spotlight effect and Terrell effect. The TLS was able to promote differentiated classes, providing evidences of conceptual evolution - stimulating and making it possible the teaching of modern and contemporary physics at this level. The TLS developed for this study was applied in two classes in a State high school in Itapira - SP and the results were analyzed so that the teaching unit efficiency could be evaluated. At the end of this work an instructional product, which is the TLS itself, is presented. O presente trabalho tem como objetivo construir e aplicar uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS), baseada na teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e proposta por Marco A. Moreira. A UEPS visa facilitar a aprendizagem significativa da teoria da Relatividade Restrita e suprimir o excesso de matematização que envolve a tal teoria. Um dos diferenciais desta UEPS é o uso do game educativo A slower speed of light e animações. Os temas abordados na unidade de ensino são a dilatação temporal, a contração do comprimento, a invariância da velocidade da luz, a simultaneidade de eventos relativísticos, o efeito holofote e o efeito Terrell. A UEPS construída foi capaz de permitir aulas diferenciadas, fornecendo evidências de uma evolução conceitual por parte dos alunos, viabilizando e incentivando o ensino da física moderna e contemporânea neste nível de ensino. A UEPS desenvolvida neste trabalho foi aplicada em duas salas de uma escola pública de Itapira – SP, sendo que os resultados foram analisados para que se pudesse avaliar a eficácia da unidade de ensino. Ao final do trabalho é apresentado o produto educacional que consiste na UEPS para o ensino da teoria da Relatividade Restrita.

Este trabalho busca fazer um relato de experiência da elaboração, implementação e aplicação do produto educacional desenvolvido na forma de cursos preparatórios a distância para as olimpíadas científicas de Física (OBF e OBFEP) e Astronomia (OBA) para um grupo de estudantes de ensino médio do Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Goiás – Campus Jataí. Para a construção dos cursos foram feitas análises das provas anteriores destas olimpíadas e uma avaliação de temas atuais de interesse nas áreas de conhecimento dessas competições. O meio utilizado para a aplicação dos cursos foi o Moodle, um ambiente virtual de aprendizagem. Para fundamentar este trabalho, foram realizadas uma breve explicação da Educação a Distância (EaD), uma análise do ambiente Moodle, uma discussão a respeito da abordagem pedagógica usada na EaD e por fim, de que forma os conceitos de Física e Astronomia são trabalhados no ensino médio, baseados na legislação vigente e nas competições científicas dessas áreas. Durante e após os cursos foram realizadas análises para avaliar a eficácia das atividades propostas e averiguar as possibilidades do uso de educação a distância para estudantes do ensino médio. This work aims to make an experience report of the development, implementation and application of the educational product designed in the form of preparatory distance courses for the Physics (OBF and OBFEP) and Astronomy (OBA) scientific Olympics for a group of high school students of the Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Goiás – Campus Jataí. To build the courses, it was made analysis of previous tests of these Olympics and an evaluation of current topics of interest in the areas of knowledge of these competitions. The way used to apply the courses was Moodle, a virtual learning environment. To support this work, it was made a brief theory background of Distance Education (DE), an analysis of the Moodle environment, a discussion related to the educational approach used in the distance education and finally, how the concepts of physics and astronomy are taught in high school, based in the current legislation and in the scientific competitions for these areas. During and after the courses, it was conducted analyzes to evaluate the effectiveness of the proposed activities and to investigate the possibilities of distance education use for high school students. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

This work aims to make a suited reconstruction from the classic experiment of the inclined plane, attributed to Galileo Galilei. The intention is to apply it to high school classes, claiming that it might motivate these students to learn concepts related to physics, and should be able to better understand the subjective nature of what is behind the science and its construction process. It is intended to perform the experiment and guide the activities in order that the activities that students can better understand scientific knowledge as a result of human construction, as well as its inherent limitations, realizing that the science development is based on model making and experimentation, among others, which can be modified along the time. The discussion and investigation of the assumptions made by the great physicist, in the elaboration of the theory of falling bodies, and their validity, may result in rich discussions of scientific development. Students may discuss the possibility of adoption and acceptance of misconceptions in science, and what implications these have for the development of scientific theories. The work analyzes the measurement of time of ball bearings on the inclined plane, evaluating the primitive methods that Galileo could have used to reach its conclusions regarding this type of movement. The dissertation also approaches modern methods, as for example, the measurements of falling objects using a tape recorder of a microcomputer, and finally both time measurement procedures are discussing emphasizing historical and modern discussion of both forms, comparing historical and modern aspects in the development of science. Performed activities, finalize the work with the results of the project and its completion, prospects of continuity, assessing the feasibility of its use as an educational product that can serve as a tool in the process of teaching and learning in high school and used by other teachers in other contexts. Este trabalho objetiva fazer uma reprodução adaptada do experimento clássico do plano inclinado, atribuído a Galileu Galilei. A intenção é a criação de situações de aprendizagem para serem aplicadas em turmas do ensino médio, pretendendo que as mesmas possam vir a ser um elemento motivador para que estes alunos aprendam conceitos ligados à física, bem como tenham condições de melhor perceber o caráter subjetivo que existe por trás da ciência e do seu processo de construção. Pretende-se com a realização do experimento, e com o direcionamento dado às atividades, que os estudantes possam melhor visualizar o conhecimento científico como fruto de uma construção humana, bem como suas limitações intrínsecas, percebendo que este se solidifica baseado na construção de modelos e hipóteses, que são modificados com o decorrer do tempo. A discussão e averiguação das hipóteses feitas pelo grande físico, na elaboração da teoria da queda dos corpos, bem como a validade das mesmas, poderá ser fruto de ricas discussões sobre o desenvolvimento científico. Os alunos poderão discutir sobre a possibilidade da adoção e aceitação de ideias equivocadas na ciência e as implicações que as mesmas teriam para a elaboração das teorias científicas. O trabalho pretende analisar a medição dos tempos de rolamentos de esferas sobre o plano inclinado, avaliando os métodos que Galileu poderia ter utilizado para efetuá-los e suas conclusões a respeito deste tipo de movimento, bem como fazer uma releitura apresentando métodos mais modernos, como por exemplo, a medição destes tempos com o gravador de som de um microcomputador, e a posterior discussão sobre ambas as formas, confrontando aspectos históricos e modernos na elaboração da ciência. Aplicadas as atividades, finalizaremos o trabalho com os resultados do projeto, e sua conclusão, perspectivas de continuidade, avaliando a viabilidade de sua utilização como um produto educacional que possa servir como ferramenta no processo de ensino aprendizagem em nível médio e utilizado por outros professores em outros contextos.

Universidade Federal de Sao Carlos In the present thesis, we realize a computational modeling of semiconductor structures based on multiple quantum wells with filter barriers and on quantum wells with semiconductor diluted magnetic layers. We numerically solve the time-dependent Schrödinger s equation within the effective mass approximation, using the Split Operator method. Through the time evolved wave functions we access the dynamics quantities as the light assisted couplings of the states, in which the light is described by the inclusion of an oscillating electric field in the Hamiltonian. Then we determine the probabilities of absorption, oscillator strengths of the intersubband transitions induced by the light. Moreover we analyze the transmission probabilities and, in special, the system s photocurrent. The eigenstates and the eigenfunctions of the stationary states are also obtained within the method by simply making an imaginary time evolution. In the first work, the photocurrent of a multiple quantum well structure with filter barriers modulating the continuum above the wells was analyzed as a function of the applied bias. We find out an interesting dependence of the photocurrent with the applied field, as a differential negative photoconductance controlled by the field. We attribute this negative conductance to the interaction between the localized and extended states in the continuum, expressed by anticrossings between these states and the enhancement of the photocurrent at the crossings by the Landau-Zener-Stückelberg-Majorama like transitions. In the second work, it was evaluated the spin polarized photocurrent arising from quantum well s structures of GaMnAs, under light, electric and magnetic fields of few teslas. The study shows the existence of spectral domains in the THz ranges for which the proposed structure is strongly spin selective. For such photon frequencies, the photocurrent is spin polarized and the application of the external electric field reverts the polarization s signal. This behavior suggests the possibility of conveniently simple switching mechanisms. The physics underlying these results is studied and understood in terms of the spin-dependent coupling strengths emerging from the particular potential profiles of the heterostructures. We present two additional works related to the main ones. In the first additional one, we evaluated the dark current of the multiple quantum well structure with and without filter barriers. For doing this, we add totally the transmission probability through the structure in the Levine s model for the dark current. We observe that dark current is considerably reduced for the structure with the filter barriers when compared to the structure without these barriers. In the second additional work, we calculate the photocurrent in a ZnMnSe structure. We observe the generation of a spin polarized photocurrent controlled by the external electric field, as in the case of the GaMnAs structures. Na presente tese, realizamos a modelagem computacional de estruturas semicondutoras baseadas em poços quânticos múltiplos com barreiras de filtro e em poços quânticos com camadas de material semicondutor magnético diluído. Para tanto, resolvemos numericamente a equação de Schrödinger dependente do tempo na aproximação de massa efetiva, por meio da evolução temporal das funções de onda do sistema, utilizando o chamado método do Split- Operator. Com as funções de onda evoluídas no tempo temos acesso às variáveis dinâmicas do sistema, como os acoplamentos entre os estados pela presença de luz, descrita na forma de um campo elétrico oscilante. Determinamos assim as probabilidades de absorção, forças de oscilador das transições intersubbandas geradas por essa excitação com luz, as probabilidades de transmissão através da estrutura e, em especial, o espectro de fotocorrente proveniente desses sistemas semicondutores. As autofunções e as autoenergias dos estados estacionários dos sistemas são obtidas pelo mesmo método realizando a evolução em tempo imaginário. No primeiro trabalho, a fotocorrente da estrutura de poços quânticos múltiplos com barreiras de filtro foi analisada em função do campo elétrico aplicado à estrutura. Foi encontrada uma dependência da fotocorrente com o campo elétrico bastante interessante, na forma de uma fotocondutância negativa controlada pelo campo elétrico aplicado à heteroestrutura. Atribuímos essa condutância negativa à interação entre estados localizados e estendidos no continuo se manifestando na forma de anticrossings e o aumento da fotocorrente para os valores de campo elétrico nos quais ocorrem esses crossings foi associado a transições de dois níveis do tipo Landau-Zener-Stückelberg-Majorama. No segundo trabalho, foi calculada a fotocorrente polarizada em spin de estruturas de poços quânticos de GaMnAs, na presença de um campo elétrico varável e um campo magnético de poucos teslas. O estudo mostrou a existência de domínios espectrais na região de THz do espectro eletromagnético, para os quais as estruturas propostas são altamente seletivas em spin. Para tais frequências, encontramos que a fotocorrente é polarizada em spin e a aplicação do campo elétrico é capaz de reverter forma muito eficiente o sinal da polarização. O comportamento observado sugere a possibilidade de mecanismos simples de controle sobre a fotocorrente e a Física por trás de tais efeitos foi entendida em termos dos acoplamentos dependentes de spin dos estados da estrutura, emergentes do perfil de potencial particular das heteroestruturas. Apresentamos dois trabalhos adicionais diretamente relacionados aos trabalhos principais. No primeiro trabalho, calculamos a corrente de escuro proveniente da estrutura de poços quânticos múltiplos com e sem barreiras de filtro, adicionando de forma integral a probabilidade de transmissão através da estrutura no modelo de Levine que determina essa corrente. Observamos que a presença das barreiras de filtro diminui significativamente a corrente de escuro dessa estrutura no regime de altos valores de campo elétrico. No segundo trabalho adicional, foi calculada a fotocorrente de uma estrutura de PQ com camada DMS, composta por ZnMnSe. Observamos a possibilidade de controle da polarização de spin com o campo elétrico, assim como no caso da estrutura composta de GaMnAs.

The use of digital learning objects (DLO) in the classroom has become more relevant and frequent. Therefore, reflecting on pupils and teacher s attitude, in real-class situations about the insertion of new educational technologies has proved pertinent and up to date. This paperwork presents a didactic sequence about Physics of Waves using mainly PhET Interactive Simulations. The methodological approach is based on the Meaningful Learning Theory by Ausubel and coworkers and the Face-to-Face Collaborative Method developed by Moreira. The sequence was applied in two Physics classes of two different Brazilian High Schools which use a Teaching Structured System. All the activities are designed in the form of a preliminary, Interaction with the DLO, and outcome and planned for double 45-minute classes. The continuous use of Maps of Concepts in order to follow the evolution of concepts understanding of the student has allowed to conclude that there have been effective learning gains in the process of hierarchical organization and relationship between the concepts involved in the Physics of Waves. The work described here has shown that it is possible successfully insert DLO in the regular classrooms of a traditional private school. However, the most important result from this work has been the change in the attitudes of students and teacher and their behavior in the classroom. After this practice, the teacher has planned the classes more carefully, introducing new teaching initiatives, and the students have experienced a more active and protagonist role in the process of knowledge building. O uso dos Objetos Virtuais de Aprendizagem (OA) em sala de aula tem se tornado mais relevante e frequente. Portanto, refletir sobre a atitude de alunos e professores, em situações reais de sala de aula e considerando a inserção de novas tecnologias educacionais, torna-se pertinente e atual. Esse trabalho apresenta uma sequência didática sobre Física Ondulatória, construída a partir das simulações disponibilizadas pela Universidade do Colorado (PhET Physics Interactive Simulations). A abordagem metodológica se baseia na Aprendizagem Significativa de Ausubel e no Método Colaborativo Presencial de Moreira. A sequência foi aplicada em aulas de física de duas distintas turmas do Ensino Médio que utilizam como material didático as apostilas do Sistema Anglo de Ensino. Todas as atividades foram construídas apoiadas em três momentos distintos: preliminar, interação e desfecho planejadas para aulas duplas de 45 minutos cada. Foi fundamental, para avaliação da compreensão dos alunos, o uso contínuo de mapas de conceitos. Ademais, pudemos concluir o que de fato eles haviam aprendido quanto à hierarquização e relação entre os conceitos da Física Ondulatória. O trabalho descrito aqui permite evidenciar a possibilidade de inserção de OA em salas de aula regulares de um ensino médio privado. E o resultado mais importante desse trabalho é, enfim, a mudança nas atitudes, tanto de professor, quanto de alunos, em relação ao comportamento em sala de aula. Depois dessa prática, o professor passou a planejar mais cuidadosamente a aula, tornando o processo autoral e os alunos experimentaram uma posição mais ativa e protagonista no processo de construção do conhecimento.

This work presents the results of a study about the efficience of home video productions by own students to get a better learning in Physics by the understanding of some important teacher´s assignments at Senior High School. The students were taught to elaborate the scripts, making off and other basic filming techniques, but the most important thing was to encourage them to engage into research and be creative in their videos. The resulting overall product resulted showed in the videos gave us the opportunity to evaluated the knowledge working as an alternative for the written assignments demand or other kinds of records like experiment records and science center visits records, which most of the students making use the traditional copy and paste rules from the Internet. The work was developed for a year and half, when we did five activities involving since videos production until its exposure and discussions done by the classmates. Teacher s suggestions for the doing videos depend on the subjects studied in the bimestrial. The work was done in first, second and third Senior High School grades. The results allowed us to evaluate the efficiency of different ways of asking assignments for the students, which were done orally, written, given a script or by videos, besides giving support to teachers use as a methodological approach more efficient. We gather that when it s used by the right way, the video home productions done by the students themselves showed to be good, because it can motivate them to research and work like a group, at the same time as become clear how poor are the other students participation and interest. In this situation, the videos productions are substandard, with no good techniques or contents qualities. The spontaneous student testimonies showed that they were motivated to do the videos, and our observation of the questions and students talks during the class showed that those who really did the video production increased their knowledge about the critical analyses phenomenon studied. The videos are on the Internet, with free access and the addresses are in the attachment. Another result for this article was the educational material folder. It s a short introductory manual with instructions for concerned and willing teachers incorporate this approach in their teaching plans. Este trabalho consiste em um estudo da eficiência da produção de vídeos caseiros pelos próprios alunos em busca da melhoria da aprendizagem em Física através da compreensão de certos conteúdos essenciais abordados pelo professor em turmas do Ensino Médio. Os alunos foram instruídos na elaboração de roteiros, making off, e outras técnicas rudimentares de filmagem, mas, principalmente, incentivados a desenvolver atividades investigativas e usar toda sua criatividade tanto no tratamento do conteúdo quanto na edição final do vídeo. O resultado apresentado de conteúdos em forma de vídeo possibilitou a avaliação do conhecimento, funcionando como uma alternativa à exigência do trabalho escrito ou outros registros, como relatórios de experimentos e visitas a centros de ciência, em que grande parte dos alunos utiliza o tradicional recurso de copiar-colar textos da Internet. O trabalho foi desenvolvido ao longo de um ano e meio, período no qual realizamos cinco atividades envolvendo desde a produção do vídeo até sua exibição e discussão pelos colegas. As sugestões fornecidas pelo professor para a realização do vídeo dependiam do assunto tratado no bimestre. O trabalho foi aplicando em turmas de primeiro, segundo e terceiro anos no ensino médio. Os resultados permitiram avaliar a eficiência das diferentes formas de solicitação dos trabalhos, que consistiram em orientações verbais, orientações escritas, fornecimento de roteiro, exibição de vídeo e fornecimento de roteiro, elaboração do roteiro, e também da utilização dos vídeos como objetos de aprendizagem além de oferecer subsídios aos professores de como usar esse recurso pedagógico de forma mais eficiente. Concluímos que, usada de forma correta, a produção de vídeos caseiros pelos próprios alunos revelou-se muito oportuna, pois os motiva a pesquisar e trabalhar em grupo, ao mesmo tempo em que evidencia a pouca participação e interesse de outros alunos. Nesse caso, a produção dos vídeos é precária com pouca qualidade tanto técnica, como de conteúdo. Os depoimentos dados pelos alunos de maneira espontânea, sem que lhes fosse exigido qualquer comprometimento prévio evidenciam a motivação e entusiasmo na realização dos trabalhos, e nossa observação dos alunos em relação a perguntas e comentários durante as aulas mostrou uma acentuada melhora na análise crítica dos fenômenos estudados daqueles que realmente participaram da produção visual. Os vídeos estão postados na internet, de acesso livre, e os endereços estão no anexo. Outro resultado dessa dissertação foi um produto educacional na forma de um pequeno manual introdutório com instruções para que o professor com disposição e interesse possa incorporar esse novo recurso em sua prática docente.

Pion, the web portal of the Brazilian Physical Society (SBF) for physics teaching and dissemination, provides to the public at large a collection of learning objects such as videos, photos, illustrations, didactic simulations, texts and other resources related to physics and its teaching. This work is an account of the web portal development and the achievement of an evaluation research on its usability and use by the public. An online form with multiplechoice questions and one open question were sent by e-mail to all registered users of the portal. The closed responses were evaluated in line with a Likert scale model and the views expressed in the open question were classified according to afterwards created categories. The research led to the conclusion that Pion is well structured concerning its usability and fulfills the role of assisting the teacher in their search for relevant information to teaching practice, although it still needs for improvement in aspects related to interaction with the public and the interactivity in general. O Pion, Portal SBF de Ensino e Divulgação da Física, disponibiliza para o público em geral diversos objetos de aprendizagem, como vídeos, fotografias, ilustrações, simulações didáticas e textos, entre outros recursos relacionados à física e ao ensino dessa ciência. Este trabalho é um relato do desenvolvimento do portal e de uma pesquisa de avaliação quanto a sua usabilidade e utilização pelo público. Questões de múltipla escolha, além de uma questão aberta, foram enviadas em formulário online, via e-mail, para os usuários cadastrados no sistema do portal. As respostas fechadas foram avaliadas seguindo-se um modelo de escala de Likert e as opiniões expressas na questão aberta foram classificadas segundo categorias criadas a posteriori. A pesquisa levou à conclusão de que o Pion está bem estruturado quanto à sua usabilidade e cumpre o papel de auxiliar o professor em sua busca por informações relevantes à prática docente, embora ainda precise de melhorias em aspectos relacionados à interação com o público e à interatividade de modo geral.

The aim of this dissertation is to introduce a simulation tool called Easy Java Simulations (EJS), created by Francisco Esquembre, and also to provide guidelines to Physics teacher at the High School level in how it could be used by promoting differentiated learning activities for his students. An analysis of the strength of the tool EJS is performed and it is introduced the whole basic and necessary procedure for constructing a simulation, from the mathematical modeling of the evolution of the physical system until the elaboration of the interface that allows the visualization of the graphic elements. As a final product of the dissertation, it is presented an introductory guide to EJS for all teachers interested in learning and applying it within the classroom. It is intended that this work could motivate the teacher to improve his professional practice, breaking up with the actual classroom environment, based essentially on lectures and recitation classes, and through a continuous work of study and reflection, he could turn Physics teaching more efficient at the High School, since a significant portion of the students has shown little or none interest in studying Physics. Keywords: EJS. Easy Java Simulations. Physics Teaching. Teacher Preparation. Physics Simulation O objetivo deste trabalho é apresentar a ferramenta de simulação Easy Java Simulations (EJS), criada por Francisco Esquembre, e mostrar ao professor do Ensino Médio, através de alguns exemplos e de um guia básico sobre o EJS, como ele pode usá-la para preparar atividades de aprendizagem diferenciadas aos seus alunos. Faz-se uma análise da potencialidade da ferramenta EJS e apresenta-se todo o procedimento básico e necessário para a construção de uma simulação, desde o modelo matemático usado para modelar a evolução do sistema físico em estudo, até a preparação da interface gráfica que permite a visualização dos elementos gráficos. Como produto final da dissertação do Mestrado Profissional, apresenta-se um guia básico do EJS para aquele professor que estiver disposto e motivado em aprender os rudimentos do EJS e aplicá-los em sala de aula. Espera-se que este trabalho seja um convite para o professor melhorar a sua prática profissional, rompendo-se com uma formação ambiental, de caráter repetitivo, e que, a partir de um trabalho contínuo de estudo e de reflexão, ele possa tornar o Ensino de Física no Ensino Médio eficiente, já que uma parcela significativa dos alunos demonstra pouco, ou nenhum, interesse pelo estudo de Física.

This work consists in building, implementing and evaluating a Virtual learning Environment (VLE) as a tool to support the teaching of physics with traditional methodology, in high school, using the Moodle softares package. The environment has been structured to have the student making use of VLE during the whole school year, with the contents distributed in cycles for the three series as follows: Kinematics, Dynamics, Hydrostatics, Thermophysics, Electrostatics and Electrodynamics. The cycles have a basic structure formed by a study guides , a summary text with exercises to assimilation and deepening of contents, virtual labs, simulators and evaluation questionnaires . The use of VLE proved to be an organizer and facillitator of the study and mainly a motivation tool for students that had increased the time of study and interaction with the teacher. The activities were developed in bimodal form, where first the instructor gives a lecture and after the students perform activities at home, which allows the instructor resuming and redirecting the contents according to the performance of the students in the VLE. The increase of motivation for better learning, verified through the completion of the tasks proposed, was confirmed by results obtained in some tests answered by volunteer students.The VLE ia available at www.escolananet.com and and hosted at the site of the Graduate Program in Teaching of Exact Sciences of UFSCar.(http://www.ppgece.ufscar.br/.) Este trabalho consiste na construção, aplicação e avaliação de um Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA) como ferramenta auxiliar ao ensino de Física com metodologia tradicional, no Ensino Médio, usando a plataforma Moodle. O ambiente foi estruturado para que o aluno faça uso do AVA da primeira à última semana do ano letivo, com uma estrutura distribuída por ciclos para as três séries, com conteúdos de Cinemática, Dinâmica, Hidrostática, Termofísica, Eletrostática, Eletrodinâmica e Eletromagnetismo. Os ciclos possuem uma estrutura básica que consiste em uma orientação de estudos, um texto resumo com exercícios para assimilação e aprofundamento, laboratórios virtuais, simuladores e questionários avaliativos. O uso do AVA mostrou-se organizador, facilitador e principalmente motivador aos alunos, aumentado o tempo de estudo e a interação com o professor. As atividades foram desenvolvidas no formato bimodal, onde os alunos primeiramente têm com o professor em sala de aula o primeiro contato com o conteúdo e realizam as atividades em casa, permitindo ao professor retomar e redirecionar os conteúdos de acordo com a percepção no ambiente. A motivação para uma melhor aprendizagem, através da realização das tarefas propostas, foi constatada em questionário respondido por alunos voluntários. O ambiente desenvolvido encontra-se disponível na Internet no endereço: www.escolananet.com e fará parte do ambiente implantado no servidor da Pós Graduação em Ensino de Ciências Exatas no endereço http://www.ppgece.ufscar.br/.

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2014-09-11T12:48:31Z No. of bitstreams: 1 Indianara Lima Silva.pdf: 1509291 bytes, checksum: 2ed3dccb4ce7bfcceee6850f9e4ce690 (MD5) Approved for entry into archive by Fatima Cleômenis Botelho Maria (botelho@ufba.br) on 2014-09-11T15:52:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Indianara Lima Silva.pdf: 1509291 bytes, checksum: 2ed3dccb4ce7bfcceee6850f9e4ce690 (MD5) Made available in DSpace on 2014-09-11T15:52:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Indianara Lima Silva.pdf: 1509291 bytes, checksum: 2ed3dccb4ce7bfcceee6850f9e4ce690 (MD5) A figura de Arthur Holly Compton geralmente é concebida como um dos pais fundadores da mecânica quântica devido à sua formulação quântica para explicar o processo de interação entre a radiação de alta frequência e a matéria. Todavia, a história de Compton evidencia-nos um personagem que destoa da imagem de um físico interessado no desenvolvimento da teoria quântica. De fato, o seu interesse e a sua motivação, de 1917 a 1922, estavam relacionados com o uso da física clássica para o estudo do espalhamento dos raios X e γ pela matéria. A descoberta do efeito Compton foi o resultado obtido por um físico clássico que relutava em aceitar o quantum de radiação. O objetivo desta investigação é, portanto, destacar a imagem de um físico clássico que estava inserido em um programa de pesquisa bem definido, a física dos raios X e γ, a partir do qual ele contribuiu tanto para o desenvolvimento dessa área de pesquisa quanto para a construção da mecânica quântica. Nós discutiremos, neste trabalho, desde a hipótese do grande elétron até a abordagem quântica construída por Compton para explicar o processo de espalhamento da radiação X e γ pela matéria.

Orientador: Roberto de Andrade Martins Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar como a mecânica foi influenciada pelo desenvolvimento da geometria não-euclidiana durante o século XIX. Este estudo parte das primeiras teorias das geometrias não-euclidianas, até o formalismo desenvolvido com a introdução da geometria diferencial não-euclidiana, e a geometrização da mecânica. Nesse contexto, estudamos como princípio de mínima ação, na mecânica, e o estudo das geodésicas, na geometria diferencial não- euclidiana, se mostraram relacionados, e de que forma esses dois conceitos formaram a base da mecânica não-euclidiana e, posteriormente, da relatividade Abstract : The aim of this work is to study how mechanics was influenced by the development of the non-Euclidean geometry during nineteenth century. This study starts from the first non-Euclidean geometries, and then studies the formalism developed by the non-Euclidean differential geometry, and the geometrization of the mechanics. In this context, we study how the mechanical principle of least action, and the study of geodesics, in non-Euclidean differential geometry, are related, and how these concepts made the basis of the non-Euclidean mechanics, and, afterwards, of the general relativity Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientadores: Peter Alexander Bleinroth Schulz, John T. Chalker Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Esse trabalho é dedicado ao estudo de dois problemas de interesse atual em sistemas quânticos de baixa dimensionalidade. Ambos são relacionados ao processo de localização eletrônica no regime Hall quântico. O primeiro problema diz respeito ao destino dos estados estendidos no limite de baixos campos magnéticos ou forte desordem, onde ocorre a transição de líquido de Hall para o isolante de Hall. O problema é abordado através de simulações numéricas, com um modelo de rede bidimensional tratado por um Hamiltoniano tight-binding, considerando-se tanto desordem tipo ruído branco quanto desordem correlacionada com perfil Gaussiano. Nós observamos que à medida que o campo magnético tende a zero ou a desordem é suficientemente aumentada no sistema, os estados estendidos sofrem um deslocamento em relação ao centro das bandas de Landau, indo em direção às mais altas energias e, eventualmente, ultrapassando a energia de Fermi. Esse mecanismo é chamado na literatura de levitação de estados estendidos. Nossos resultados permitem uma análise quantitativa. Identificamos os seguintes parâmetros como sendo os relevantes para mapear a levitação: (i) a razão entre escalas de energia ¿ entre a energia de separação dos níveis de Landau e o alargamento do nível devido à desordem; e (ii) a razão entre escalas de comprimento ¿ entre o comprimento magnético e o comprimento de correlação da desordem. Analisando uma vasta gama de parâmetros, uma expressão de escala descrevendo a levitação de estados estendidos é estabelecida neste trabalho. O segundo problema abordado nesta tese é relacionado ao processo de blindagem do potencial de desordem e ao mecanismo de formação dos estados localizados em sistemas Hall quânticos. O trabalho analítico apresentado aqui é motivado por recentes resultados experimentais, que mostram imagens de microscopia com medidas locais do potencial eletrostático e da compressibilidade desses sistemas, evidenciando como se dá o processo de carga de estados localizados por cargas inteiras ou fracionárias (quase-partículas). Em um regime onde o comportamento é dominado por interações Coulombianas, estabelecemos um modelo eletrostático que descreve o estado localizado como sendo uma região compressível (quantum dot ou antidot) envolta por um plano incompressível, usando a aproximação de Thomas-Fermi para tratar as interações. O potencial eletrostático nas vizinhanças da região compressível é calculado, fornecendo o tamanho dos saltos que ocorrem no potencial à medida que cada carga é adicionada ou removida do estado localizado. Além de mostrar como estes saltos se tornam menores com o aumento do índice de Landau, nossos resultados mostram a dependência deles com a altura de observação do potencial (ou seja, a altura da ponta de prova em relação ao gás de elétrons). O modelo apresentado pode ser usado para tratar estados localizados observados nos platôs do efeito Hall quântico inteiro ou fracionário Abstract: This work is devoted to the study of two problems of current interest in low dimensional quantum systems. Both are related to the process of electron localization in the quantum Hall regime. The first problem refers to the fate of extended states in the limit of low magnetic fields or strong disorder, where the transition from quantum Hall liquid to Hall insulator takes place. A numerical approach to the problem is used, with a 2D lattice model treated in a tight-binding framework, considering both white-noise and Gaussian correlated disorder. We observe that as the magnetic field vanishes or the disorder is sufficiently increased in the system, the extended states are shifted from the Landau band centers, going to higher energies and, eventually, rising above the Fermi energy. This mechanism is referred in the literature as levitation of extended states. Our results allow a quantitative analysis. We identify the following parameters as the relevant ones to map the levitation: (i) the energy scales ratio - between the energy separation of consecutive Landau levels and the level broadening due to disorder; and (ii) the length scales ratio - between the magnetic length and the disorder correlation length. Analyzing a wide range of parameters, a scaling expression describing the levitation of extended states is established. The second problem considered in this thesis is related to the screening of the disorder potential and to the mechanism of formation of localized states in quantum Hall systems. The analytical work we present here is motivated by recent imaging experiments, which probe locally the electrostatic potential and the compressibility of these systems, showing the charging of individual localized states by integer or fractional charges (quasiparticles). For a regime where the behavior is dominated by Coulomb interactions, we set out an electrostatic model describing the localized state as a compressible region (quantum dot or antidot) embebed in an incompressible background, using the Thomas-Fermi approximation to treat the interactions. The electrostatic potential in the vicinity of the compressible region is calculated, providing the size of potential steps as each charge is added or removed from the localized state. Besides from showing how the potential steps get smaller for higher Landau levels, our results show the dependence of these steps with the height of observation (i.e., the distance from the scanning probe to the electron gas). The proposed model can be used to treat localized states observed on integer or fractional quantum Hall plateaus Doutorado Física da Matéria Condensada Doutor em Ciências

Financiadora de Estudos e Projetos Experimental and theoretical studies of the aspects of particle-like and collective behavior of electrons in the proximity of the edges of two-dimensional (2DES) and quasi-one-dimensional (Q1DES) systems, named quantum wires (QWs), in semiconductor heterostructures reveal the important role of the electron-electron interaction on the edge states in the integer quantum Hall regime (IQHR). In this thesis we treat two essentially different problems concerning the effects of the electron-electron interaction in low-dimensional electron system in the IQHR. The first problem is related to the suppression of the spin-splitting of the lowest Landau level (LL) (n = 0) due to many-body effects (the electron-electron interaction including exchange and correlation effects of the edge states) in QWs in the IQHR, where the electron behavior is particle-like. Two scenarios are discussed for the collapse of the IQHR at ν = 1 for an electron channel of effective width W modelling the QW. In the first scenario we assume that there is no electron redistribution in the region limited by W at a critical magnetic field B(1) cr , for which the Fermi level (FL) coincides with the bottom of the highest empty LL, at the threshold of the spin-splitting. For B < B(1) cr the IQHR at ν = 1 is termodinamically unstable. This scenario is analyzed within the generalized local density approximation (GLDA) developed here for the QW, at high magnetic fields - ωc À Ω, where ωc and Ω are the ciclotronic and lateral confinement (which we assume as parabolic one) frequencies, respectively. In the second scenario, we consider the possibility of a transition for the IQHR at ν = 2 with an effective width W/2, at a critical magnetic field B(2) cr . In this scenario, the collapse of the IQHR at ν = 1 is studied within the Hartree-Fock approximation (HFA), when the bare factor g0 is neglected (this is a good approximation for QWs based on GaAs). We show that the contribution for the total energy coming from the direct interaction (Hartree term) has a strong effect on B(2) cr due to the high electron redistribution inside the narrow channel that defines the QW at B(2) cr . In both scenarios, the enhanced spin-splitting by exchange is suppressed at the critical magnetic field. From our results, we conclude that only the first scenario explains all the experimental findings obtained by Wróbel et al. and Pallecchi et al.. In the second problem, where the collective aspects of the electron system are dominant, we study the influence of the temperature on the dispersion relation and the spatial structure of the edge magnetoplasmons (EMPs) in wide electron channels in the RHQI at ν = 1 (2) and 4, in the range ¯hωc À kB T À ¯hvH gn/2 0, for different dissipation regimes, by extending the pioneering work by Balev and Studart; here, ¯h is the constant of Planck constant (by 2π), kB is the constant of Boltzmann, vH gn is the group velocity (in Hartree approximation) of the edge states of n-th LL, and 0 is the magnetic lenght. A new mode called the edge helicon is found which is the only one that survive for very strong dissipation regime. For a sake of completeness, the general picture of the other modes is presented in the weak dissipation regime. EMPs in the IQHR for ν = 4 are also evaluated for weak dissipation and we find strong renormalization of the pure EMPs when the Coulomb interaction is considered appropriately. In all studied cases the important effect of the gate and the air from a distance d of the wide electron channel is considered. Diversos estudos experimentais e teóricos, envolvendo tanto o comportamento do tipo partícula quanto coletivo dos elétrons numa estreita região próxima às fronteiras de sistemas bidimensionais (SE2Ds) e quase-unidimensionais (SEQ1Ds), ou fios quânticos (FQs), em heteroestruturas semicondutoras, vêm revelando o importante papel da interação elétron-elétron dos estados de borda no regime Hall quântico inteiro (RHQI). Dois problemas essencialmente diferentes quanto à natureza de sua manifestação, mas interligados quanto ao meio e regime em que são inseridos, são tratados nesta tese. O primeiro problema aborda a supressão do desdobramento de spin do mais baixo nível de Landau (NL) (n = 0) devido a efeitos de muitos corpos (interação elétron-elétron incluindo troca e correlação dos estados de borda) em FQs no RHQI, cujo comportamento eletrônico se manifesta como sendo do tipo de partícula. Aqui são discutidos dois cenários para o colapso do RHQI com ν = 1 no FQ com largura efetiva W . No primeiro cenário assumimos que não há redistribuição dos elétrons na região limitada por W na presença de um campo magnético crítico B(1) cr , tal que o nível de Fermi (NF) coincide com o fundo do mais alto NL vazio, no limiar do desdobramento de spin. Para B < B(1) cr o RHQI com ν = 1 é instável termodinamicamente. Este cenário é tratado dentro da aproximação da densidade local generalizada (ADLG) desenvolvida aqui para o FQ, em altos campos magnéticos - ωc À Ω, onde ωc e Ω são as freqüências ciclotrônica e de confinamento lateral (que nós consideramos como sendo parabólico), respectivamente. No segundo cenário, consideramos a possibilidade de uma transição para o RHQI com ν = 2 com uma largura duas vezes menor, W/2, no caso de um campo magnético crítico B(2) cr . Neste cenário, o colapso do RHQI com ν = 1 é estudado dentro da aproximação de Hartree-Fock (AHF), quando o fator g0 puro é desprezado (uma boa aproximação para FQs baseados em GaAs). Mostramos que a contribuição para a energia total da interação direta (termo de Hartree) tem um grande efeito sobre B(2) cr por causa da forte redistribuição dentro do canal estreito que cr . Em ambos os cenários, o desdobramento de spin realçado pelo termo de troca é suprimido no campo magnético crítico. De acordo com tais resultados, fomos levados a concluir que somente nosso primeiro cenário explica todas as observações experimentais, obtidas por Wróbel et al. e Pallecchi et al., pertinentes ao nosso estudo. O segundo problema, cujo comportamento eletrônico se manifesta como sendo do tipo coletivo, aborda os efeitos da temperatura sobre a dispersão e a estrutura espacial dos magnetoplasmons de borda (MPBs) em canais eletrônicos largos (ou SE2Ds) no RHQI com ν = 1(2) e 4, considerando o intervalo de temperaturas T não-muito-baixas, ¯hωc À kB T À ¯hvH gn/2 0, e diferentes regimes de dissipação, numa extensão ao trabalho pioneiro desenvolvido por Balev e Studart; aqui, ¯h é a constante de Planck (por 2π), kB é a constante de Boltzmann, vH gn é a velocidade de grupo (na aproximação Hartree) dos estados de borda do n-ésimo NL e 0 é o comprimento magnético. Assim, um novo modo denominado hélicon de borda foi encontrado, sendo o único dentre os vários outros modos presentes a sobreviver sob o regime de dissipação muito forte, revelando o importante papel da interação elétron-elétron. Por questão de completeza, um quadro geral dos outros modos é apresentado no regime de fraca dissipação. MPBs no RHQI com ν = 4 são também avaliados na região de fraca dissipação, onde é verificada uma forte renormalização dos MPBs puros quando considerada a interação coulombiana entre eles. Em todos casos o importante efeito do portão (gate) e ar a uma distância d dos canais largos é considerado.

Orientador: Roberto de Andrade Martins Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo:Este trabalho estuda a história do conceito da dualidade onda-partícula, do início do século XX (trabalhos de Albert Einstein) até o surgimento da teoria de Louis de Broglie. O primeiro capítulo descreve a história inicial da teoria quântica, do estudo da radiação do corpo negro até 1909, dando ênfase especialmente às idéias de Einstein a respeito da natureza da luz, e outras interpretações corpusculares da radiação (William Bragg, J. J. Thomson e Johannes Stark). Nenhuma dessas propostas pode ser descrita como uma síntese dos conceitos de onda e partícula. O segundo capítulo descreve os principais episódios relevantes de 1909 até 1922. Durante esse período, a teoria quântica teve um forte desenvolvimento, especialmente após a Conferência Solvay de 1911 e depois do surgimento da teoria de Niels Bohr sobre os espectros atômicos. No entanto, a natureza do quantum e da radiação permaneceram obscuras. Entretanto, pesquisas sobre raios X trouxeram o problema da dualidade à tona, porque essa radiação exibe de um modo notável várias propriedades corpusculares, embora também exiba propriedades ondulatórias na difração por cristais. A descoberta do efeito Compton em 1922-1923 foi também uma fortíssima evidência a favor da natureza corpuscular dos raios x. Os capítulos seguintes descrevem o trabalho de Louis de Broglie. Seu ponto de partida foi o estudo experimental dos raios X, no laboratório de seu irmão (Maurice). Em 1922, De Broglie publicou seus primeiros estudos teóricos sobre os quanta de luz, e no ano seguinte desenvolveu as idéias fundamentais de sua teoria sobre a dualidade onda-partícula tanto para a luz quanto para a matéria. Os primeiros trabalhos de Louis de Broglie são analisados no capítulo 3, e sua tese de doutoramento, apresentada em 1924, é discutida no capítulo 4. A principal contribuição da presente dissertação é a análise detalhada dos trabalhos de De Broglie, de 1922 a 1924. O último capítulo apresenta uma breve visão de desenvolvimentos posteriores, tais como a conflrlnação experimental das propriedades ondulatórias dos elétrons e a influência da teoria de De Broglie sobre Schrõdinger Abstract:This work studies the history of the concept of wave-particle duality , from the beginning of the 20th century (Albert Einstein's works) to the emergence of Louis de Broglie's theory. The flfSt chapter describes the early history of quantum theory, from the study of black-body radiation to 1909, with special emphasis upon Einstein's ideas about the nature of light and other corpuscular interpretations of radiation (William Bragg, J. J. Thomson and Johannes Stark). None of those proposals can be described as a synthesis of the wave and particle concepts. The second chapter describes the main relevant episodes from 1909 to 1922. During this period, quantum theory underwent a strong development, especially after the Solvay Conference of 1911 and Niels Bohr' s theory of atomic spectra. The nature of the quantum and of radiation, however, remained obscure. Research on X rays, however, brought the duality problem to the front position, because this radiation exhibited in a remarkable way several corpuscular properties, while it also displayed wave properties in crystal diffraction. The discovery of the Compton effect in 1922-1923 was also a very strong evidence for the corpuscular nature of X rays. The following chapters describe the work of Louis de Broglie. His starting point was the experimental study of X rays, in his brother' s (Maurice) laboratory .In 1922, de Broglie published his first theoretical studies about light quanta, and in the next year he developed the fundamental ideas of his theory of wave-particle duality for both light and matter. Louis de Broglie's flfSt papers are analyzed in chapter 3, and his PhD thesis, presented in 1924, is discussed in chapter 4. The detailed analysis of de Broglie' s works from 1922 to 1924 is the main contribution of the present dissertation. The last chapter gives a brief survey of later developments, such as the experimental confirmation of the wave properties of electrons and the influence of de Broglie' s theory upon Schrõdinger Mestrado Física Mestre em Física

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) A lot of experimental and theoretical work have been performed in order to understand the collective modes of two-dimensional electron system (2DES) confined to restricted geometries. In particular, the system of surface electrons on helium has provided a very convenient tool to study edge magnetoplasmon properties at the nondegenerate regime. Recently, magnetoplasma excitations in a single wire of electrons on suspended helium films were reported. In this thesis, we study the magnetoplasma vvaves in the nondegenerate 2DES laterally confined in a narrovv channel of width W by a self-consistent potential given, in the parabolic approximation, by Vy = m0Ω2 y2 / 2 , where Ω is the confinement frequency. First, we have showed that this is a very good approximation for the experimental conditions. We have considered, for the actual situation, a metallic gate away from the 2D layer at distance d. We calculate the magnetoplasmon modes for strong magnetic fields, coc / Cl » 1 and in the ultra quantum limit when only the lowest (spin-split) Landau levei is occupied, in particular, hcoc »kBT. For evaluation of the spectra and the spatial structure of the magnetoplasmons, we employ an approach, based on the random-phase approximation. The extension for this problem is not trivial because a new length scale (T = ^2kBT/ m0Q2 » t0 is introduced, where (0 is the magnetic length. We also include the effect of dissipation on the magnetoplasmon spectra using the integral equation for the charge density obtained in a Drude-like approach. We provide a detailed discussion of our theoretical findings with the experimental observations of the conductance peaks as a function of the magnetic fields for various values of the holding field and we relate the peaks to the magnetoplasmon modes. From a comparison between of our numerical calculations and the experimental results from Valkering and Heijden, we conclude that: i) for the fixed qx - (2tt/ P)n> where P is the channel perimeter, the frequency of any magnetoplasmon is 1/5 in agreement with experiment and theoretical calculation done by Sokolov and Studart; ii) the fundamental mode was not observed in the experiment, but the upper order modes; iii) despite the self-consistent calculation of the charge profile, our model is unable to explain the dependence of the mode spectra on the holding potential as found by Valkering and Heijden Muitos trabalhos experimentais e teóricos têm sido realizados no intuito de se entender os modos coletivos dos sistemas eletrônicos bidimensionais (SE2D) confinados em geometria restrita. Em particular, o sistema de elétrons sobre a superfície de hélio é um sistema muito conveniente para se estudar as propriedades dos magnetoplasmons de borda (MPdB) no regime não-degenerado (baixas densidades). Recentemente, excitações de magnetoplasma em um fio isolado de elétrons sobre filmes de hélio suspenso foram reportadas. Nesta tese, estudamos as ondas de magnetoplasmons em SE2D não-degenerados (SE2DnD) confinados lateralmente em um canal estreito de largura W por um potencial auto-consistente, que na aproximação parabólica, é dado por Vy = m0Ω2 y2 / 2 , onde Ω , é a freqüência de confinamento e m0 é a massa do elétron livre no vácuo. Primeiro, mostramos que esta é uma aproximação muito boa para as condições experimentais. Consideramos, para a situação real, um portão metálico a uma distância d da camada Calculamos os modos de magnetoplasmons para campos magnéticos fortes, (õc / C l » 1 e no limite ultra-quântico quando somente o nível de Landau mais baixo (de spin separado) é ocupado, e em particular, quando hcoc » kBT . Para calcularmos o espectro e a estrutura espacial dos magnetoplasmons, empregamos uma abordagem, baseada na aproximação de fases aleatórias (RPA). A extensão para este problema não é trivial porque uma nova escala de comprimento (T = J2kBT lm 0Q 2 » fQ é introduzida, onde l Qé o comprimento magnético. Também incluímos o efeito de dissipação no espectro do magnetoplasmon usando a equação integral para a densidade de carga obtida em uma abordagem do tipo Drude. Proporcionamos uma discussão detalhada de nossas descobertas com as observações experimentais dos picos de condutância elétrica como função dos campos magnéticos para vários valores de campo elétrico aplicado e relacionamos os picos com os modos de magnetoplasmons. Da comparação entre os cálculos numéricos e os resultados experimentais de Valkering e Heijden, concluímos que: i) para q } n) =(27r/P)n fixo, onde P é o perímetro do canal, a freqüência de qualquer magnetoplasmon é propocional a \/B em concordância com o experimento e cálculos teóricos feitos por Sokolov e Studart; ii) o modo fundamental não foi observado no experimento, mas sim os modos excitados; iii) apesar do cálculo auto-consistente do perfil de carga, nosso modelo não é capaz de explicar a dependência do espectro do modo com relação ao potencial eletrostático aplicado como encontrado por Valkering e Heijden.

Orientador: Peter Alexander Bleinroth Schulz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Neste trabalho discutimos as propriedades de transporte eletrônico não interagente em sistemas nanoscópicos de transporte balístico confinado, onde as únicas fontes de espalhamento são os potenciais de confinamento e os de impurezas controláveis geradas usando, por exemplo, a ponta de um microscópio de força atômica (AFM) ou técnicas de split gate. Dois cenários quânticos são estudados. Inicialmente, diodos de tunelamento ressonante de GaAs/AlGaAs (RTD) onde o transporte é perpendicular à interface das heteroestruturas. Além disso, dispositivos nanoscópicos feitos de gás de elétrons bidimensional de GaAs (2DEG) estruturados onde o transporte é paralelo à interface das heteroestruturas. Estes sistemas são modelados na aproximação da massa efetiva ou função envelope usando métodos de discretização numerica e funções de Green da rede (método recursivo e auto-energias) para calcular as probabilidades de transmissão através do sistema. No caso dos RTD estudamos a densidade de corrente versus voltagem usando o modelo de Esaki-Tsu em função dos parâmetros da heteroestrutura. Discutimos a emissão termiônica numa super-rede tipo diodo de dupla barreira de GaAs/AlAs sem acoplamento X- G e comparamos com o experimento. Também analizamos o mapeamento das funções de onda dos estados discretos em diodos de dupla barreira no regime de tunelamento ressonante. Para os sistemas de 2DEG estruturados, estudamos comparativamente diferentes potenciais de confinamento: quantum wire (QW), quantum point contact (QPC), open quantum dot (OQD) e alguns sistemas acoplados calculando a condutância usando a formula de Landauer-Büttiker. Nós estudamos as condições apropriadas para realizar o mapeamento das densidades de probabilidade em OQDs usando a ponta de um AFM. Também discutimos o controle das ressonâncias de Fano e estados contínuos usando o mesmo sistema perturbado. Finalmente propomos um dispositivo quântico de multiplas funções baseado numa engenharia da função de onda, usando dois ingredientes básicos: primeiro um adequado mapeamento das densidades de probabilidade e segundo, um estudo do domínio de manipulação das ressonâncias e estados contínuos Abstract: In this work we discuss the ballistic transport properties of non-interacting electrons in confined nanoscopic system, where the sample boundaries and a controllable impurity repulsive, such as the one induced by scanning a Atomic Force Microscope tip or using split gates technique are the only source of electron sacttering. Two quantum scenary are studied: first resonant tuneling diode of GaAs/AlGaAs (RTD) where of transport is perpendicular with the interface and mesoscopic device of confined 2DEG where of transport is parallel with the interface of the heterostructures. This systems are modelated in the aproximation of effective mass or envelope function using continuous discreet and lattice Green's function (recursive and self-energy) methods, for calculate the transmission amplitudes through system. In the case of RTD, we study the current vs voltage using the Esaki-Tsu model in function of the parameters of the heterostructures. We discuss the thermionic emission across GaAs/AlAs super lattice type double-barrier quantum well structures without X- G coupled and compared with the experiment. Also, we analized the mapping of the wave functions of discreet states in RTD: double-barrier quantum well. For the systems of confined 2DEG, we study diferent confinement potentials: quantum wire (QW), quantum point contact (QPC), open quantum dot (OQD) and any systems coupled, calculate the conductance using the Landauer-B. uttiker model. We discuss the minimal conditions for wave functions mapping in OQD using the AFM tip. Also, study the tuning of Fano resonances and continuous states using the AFM tip. Finally, we propose a quantum device of multiples functions based in a wave-function engineering in quantum dots, using two ingredients basic: firts a adequate wave function mapping and second a systematic tunning of the resonant and continuous states Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: Harry Westfahl Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Na perspectiva da computação quântica, sistemas de dois níveis como o spin eletrônico e o spin do núcleo são vistos como os melhores candidatos para implementar os chamados quantum bits. Com o surgimento de pontos quânticos capazes de armazenar um único elétron a possibilidade do spin eletrônico ser usado com esse objetivo se acrescenta. Porém, uma das principais inquietudes está no tempo que leva o spin eletrônico em perder a coerência. De acordo com a teoria de sistemas dissipativos, decoerência pode ser causada pelo acoplamento com um reservatório. No caso do spin do elétron preso em um ponto quântico o reservatório é conformado pelos fônons da rede cristalina, e o acoplamento ocorre via acoplamento spin-órbita. Especificamente, em pontos quânticos "grandes" (cuja freqüência característica é muito menor que a freqüência dos modos ópticos) o reservatório é de fônons acústico. Já para o caso de pontos quânticos com freqüência próxima à freqüência dos fônons ópticos, o acoplamento elétron-fônon óptico é muito relevante nos processos de relaxação do elétron e portanto, a decoerência do spin estará muito ligada a este tipo de interação. Nós estudamos a decoerência em estes sistemas através de um modelo fenomenológico que parte do modelo Caldeira-Leggett, e como resultado encontramos tempos de decoerência da ordem de ms quando o banho é de fônons acústico e da ordem de µs na presença de fônons ópticos Abstract:In the perspective of quantum computation, two levels systems are the best candidates to implement the so called quantum bits. In special, the possibility of growing quantum dots capable of storing one electron makes it plausible to use electronic spin for such devices. Nevertheless, one of the big concerns is the time the electron takes to lose coherence. In accordance with dissipative systems theory, decoherence can be caused by the coupling with a reservoir. In the case of electronic spin in a quantum dot the reservoir is conformed by the phonons of the crystalline lattice which interact with the electronic spin through spin-orbit coupling. In the special case of quantum dots whose characteristic frequency is less than the frequency of optical modes the reservoir is made of acoustic phonons. For quantum dots whose confinement frequency is close to the frequency of the optical phonons, the coupling is via electron-optical phonons. We study the decoherence in these systems using a phenomenological model, based on the Caldeira-Leggett model. As a result, we found decoherence times of ms for acoustic phonons bath and of µs in the presence of optical phonons Mestrado Física Mestre em Física

Orientador: Marcus Aloizio Martinez de Aguiar Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Consideramos o problema de dois elétrons confinados em um Bilhar quadrado, interagindo por um potencial repulsivo de alcance finito do tipo Yukawa e sujeitos a um campo magnético ortogonal. Calculamos o espectro de energia do sistema para singletos e tripletos de spin em todas as classes de simetria como função da intensidade e alcance da interação e do campo magnético. Mostramos que a natureza de curto alcance da interação suprime a formação de estados fundamentais "Moléculas de Wigner" mesmo no limite fortemente interagente. A susceptibilidade magnética c(B) apresenta picos paramagnéticos a baixas temperaturas devido a oscilações singleto-tripleto causadas por interação de troca. A posição, número e intensidade de tais picos depende do alcance e intensidade da interação. A contribuição da interação para a susceptibilidade a campo nulo apresenta fases paramagnéticas e diamagnéticas como função da temperatura Abstract: The problem of two electrons in a square billiard interacting via a finite-range repulsive. Yukawa potential and subjected to a constant magnetic field is considered. We compute the energy spectrum for both singlet and triplet states, and for all symmetry classes, as a function of the strength and range of interaction and of the magnetic field. We show that the short-range nature of the potential suppresses the formation of " Wigner molecule" states for the ground state, even in the strong interaction limit. The magnetic susceptibility c (B) shows low-temperature paramagnetic peaks due to exchange induced singlet-triplet oscillations. The position, number and intensity of these peaks depend on the interaction to the zero-field susceptibility displays paramagnetic and diamagnetic phases as a function of T Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientadores: José Antonio Brum, Maria José Santos Pompeu Brasil Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" Resumo: Um sistema físico com presença de partículas indistinguíveis interagentes cria a rica possibilidade do estudo dos efeitos de correlação e troca, os quais são frutos desta indistinguibilidade. O complexo mais simples para a manifestação destes efeitos seria aquele onde apenas duas partículas indisntinguíveis estão presentes. Em física da matéria condensada, estes complexos são os éxcitons, os doadores e os aceitadores carregados. No caso específico de poços quânticos semicondutores, a não parabolicidade da banda de valência faz com que éxcitons e doadores negativamente carregados sejam os complexos com modelamento teórico mais simples. Apesar da previsão da estabilidade dos éxcitons carregados ("trions") ter sido feita no final da década de 50 para os materiais semicondutores tipo "bulk", sua primeira observação experimental só ocorre no início da década de 90 e em poços quânticos, onde o confinamento unidimensional das cargas aumenta a energia de ligação destes complexos em uma ordem de grandeza. Desde então iniciou-se uma intensa pesquisa a respeito da física destes complexos pois a blindagem das interações coulombianas nos materiais semicondutores permite que campos magnéticos usuais em laboratórios sejam capazes de provocar fortes alterações na energia de ligação dos "trions". Outra rica possibilidade de investigação é o fato dos éxcitons carregados aparecerem como um estado intermediário entre o éxciton neutro e a singularidade do nível de Fermi quando a concentração de elétrons dopantes na amostra é aumentada. Nesta tese apresentamos um estudo teórico dos éxcitons carregados e dos doadores negativamente carregados em poços quânticos de GaAs/Al0.3G a0.7As considerando os efeitos da presença de campos elétricos e magnéticos externos. Nossa contribuição acrescenta um método simples, preciso e fisicamente transparente para o modelamento teórico destes complexos em contraposição às poucas e complexas abordagens até agora apresentadas na literatura científica. Nossos resultados mostram que os defeitos de interface dos poços quânticos desempenham um papel fundamental na dinâmica dos "trions" contrariando as conclusões de alguns estudos experimentais, mas confirmando a visão de outros Abstract: A physical system where indistinguishable particles interact with each other creates the possibility of studying correlation and exchange effects. The simplest system is that one with only two indistinguishable particles. In condensed matter physics, these complexes are represented by charged excitons, donors and acceptors. In quantum wells, the valence band is not parabolic, therefore, the negatively charged excitons and donors are theoretically described in a simpler way. Despite the fact that the stability of charged excitons (trions) is known since the late 50s, the first experimental observation occurred only at the early 90s in quantum well samples, where their binding energies are one order of magnitude larger due to the one dimensional carriers confinement. After this, these complexes became the subject of an intense research because the intrinsic screening of electrical interactions in semiconductor materials allows that magnetic fields that are usual in laboratories have strong effects on the trion binding energy. Another rich possibility is the study of trions as an intermediate state between the neutral exciton and the Fermi edge singularity when the excess of doping carriers is increased. In this thesis, we present a theoretical study of charged excitons and negatively charged donors in GaAs Doutorado Física Doutor em Ciências

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) In this work, we have investigated the polaronic state formed in the system of surface electrons confined in a quasi-one-dimensional channel over liquid helium. The electrons bound to the surface by a holding electric field can be laterally confined by electrostatic or structural means and the lateral confinement can be modeled by a parabolic potencial. The polaron is a quasi-particle composed by the eleçtron coupled to the surface deformation (dimple) wich arises from the pressing field. The polaron properties are obtained from the solution of the coupled nonlinear system formed by the Schrõdinger equation and the equation for mechanical equilibrium of the surface deformation. We have employed two kinds of approximations to solve the system. The first one, named the harmonic approximation, consists in expanding the surface deformation in second order for dimensions smaller than a localization radius, and the other one is the variational method, in which a harmonic-oscillator like trial function is proposed. We have determined the surface deformation, the electron energy in the dimple, and the polaron energy as a function of the holding electric field. We have also studied the influence of a magnetic flield applied in the direction perpendicular to the surface. We established the field threshold for the existence ofbound states in the system. Our results for the ground-state energy are the same in both approximations. However, for the excited states, we show that the harmonic approximation is reliable only in certain conditions. Neste trabalho, nós investigamos o estado polarônico formado no sistema de elétrons superficiais confinados em um canal quase-unidimensional sobre hélio líquido. Os elétrons ligados à superfície por um campo elétrico aplicado podem ser confinados lateralmente por meios eletrostáticos ou estruturais e este confinamento pode ser modelado por um potencial parabólico. O polaron é uma quase-partícula composta pelo elétron acoplado à deformação superficial ("dimple") que resulta do campo aplicado. As propriedades do polaron são obtidas da solução de um sistema não-linear acoplado, formado pela equação de Schrôdinger e a equação de equilíbrio mecânico da superfície de deformação. Nós empregamos dois tipos de aproximações para resolver o sistema. O primeiro deles, chamado aproximação harmônica, consiste na expansão da deformação superficial até segunda ordem para dimensões menores do que um raio de localização, e o outro é o método variacional, no qual a função tentativa é do tipo oscilador harmônico. Nós determinamos a deformação superficial, a energia do elétron no "dimple", e a energia do polaron como função do campo elétrico aplicado. Nós também estudamos a influência do campo magnético aplicado na direção perpendicular à superfície. Nós estabelecemos o campo limite para a existência de estados ligados no sistema. Nossos resultados para o estado de energia fundamental são os mesmos em ambas aproximações. Entretanto, para os estados excitados, nós mostramos que a aproximação harmônica apresenta resultados confiáveis somente em certas condições.

Orientador: Amir Ordacgi Caldeira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Neste trabalho propomos um novo método teórico de estudo dos sistemas eletrônicos correlacionados de baixa dimensionalidade, na presença de um campo magnético uniforme. Esta técnica trata da bosonização das excitações de baixa energia dos sistemas fermiônicos e foi inspirada em métodos anteriores de bosonização em uma ou duas dimensões sem campo magnético. No esquema proposto, a bosonização das excitações de baixa energia é elaborada a partir da descrição quântica natural da partículas carregadas na presença de um campo magnético uniforme, qual seja, a dos Níveis de Landau. No decorrer, mostraremos como este método pode ser aplicado a problemas recentes, em que as propriedades dos sistemas eletrônicos confinados em duas dimensões, obtidas experimentalmente, indicam a necessidade de novos métodos teóricos de investigação Abstract: Not informed. Doutorado Física Doutor em Ciências