Um estudo dirigido sobre a relatividade dos campos elétrico e magnético/Gabriel Ferraz Rubinger de Queiroz ; orientador: Lev Vertchenko

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática. Bibliografia: f. 109-111 Resumo: RESUMO Este trabalho aborda um texto de um renomado físico norte-americano, cujo tema é a conexão intrínseca entre a Teoria da Relatividade Especial (TRE) e o Eletromagnetismo Clássico, isto é, alguns elementos introdutórios de Eletrodinâmica Relativística. O físico mostra que os efeitos relativísticos de dilatação temporal e contração de Lorentz estão naturalmente contidos no contexto da Teoria Eletromagnética, mesmo se a velocidade entre referenciais inerciais for muito baixa. Assim, sob a ótica da TRE, campos e forças elétricas e magnéticas tornam-se grandezas e conceitos completamente relativos; porém, as equações de Maxwell se preservam (não necessitando de correção relativística) em qualquer destes referenciais. A invariância da carga elétrica elementar, junto ao princípio de conservação da carga (além dos efeitos citados acima), leva o cientista a concluir pela compatibilidade entre TRE e Eletromagnetismo. Isto é destacado a partir de abordagem teórica, clássica, das forças atuantes numa carga de prova, em distintos referenciais inerciais o que, para curtos intervalos de tempo, está de acordo com os postulados de Einstein. Nosso propósito consistiu em elaborar um material pedagógico para estudo dirigido, baseado no texto do cientista, a fim de ser aplicado em curso superior de Física ou afim. Os pressupostos teórico-pedagógicos adotados provêm de uma obra de importantes estudiosos da Pedagogia (relacionada ao ensino superior) e também de ideias e pensamentos atribuídos à Teoria histórico-social e a um de seus principais pensadores. Estes fundamentos pedagógicos permitiram, por exemplo, justificar a importância de pré-requisitos para o estudo/leitura do texto do físico, assim como de uma potencial discussão a respeito de noções significativas deste. O texto, no idioma português, foi aplicado para a leitura em uma oficina com alunos universitários. Nesta, também se passou um material experimental, contendo questões sugeridas e uma errata daquele. Infelizmente, não houve tempo suficiente para a tentativa de resolução destas questões o que se propôs como atividade extraclasse. Mas os participantes do encontro fizeram a leitura de texto; e se iniciou o diálogo sobre alguns aspectos relevantes do tema contido. Antes da leitura, foram preenchidos pré-saberes faltantes relacionados à TRE. Como não se recebeu nenhum conjunto de respostas esperadas às questões (devido a problemas encontrados), julgou-se útil a produção de questionário a fim de avaliar o material e a aplicação; este foi respondido apenas por dois participantes. Outras duas pessoas, que não estiveram na oficina, também auxiliaram neste trabalho, ao fazer a leitura do texto, resolver parcialmente as questões e responder o questionário. Foram feitas algumas modificações no material aplicado. Elaborou-se, ainda, um documento suplementar com respostas às questões sugeridas e considerações sobre importantes aspectos do texto ou correlatos , documento que pode ser valioso para o autoestudo do leitor, para correção das questões e esboço de discussão com estudantes. Este suplemento foi passado a todos os participantes da oficina; e também aos (dois) não participantes que contribuíram com este trabalho. Os resultados (dados) coletados no questionário indicam que o aqui proposto tem potencial em ser eficiente numa futura aplicação, auxiliando o estudo/compreensão do texto em questão. Além disso, foram levantadas humildes sugestões para o aprimoramento da oficina e algumas recomendações para a aplicação do material e discussão de texto. Palavras-chave: Ensino de Física. Ensino superior. Ensino de ciências e Matemática. Eletrodinâmica Relativística. Relatividade dos campos elétrico e magnético. Feynman. Teoria da Relatividade Especial. Eletromagnetismo. Material pedagógico. Estudo dirigido. Bordenave e Pereira. Vygotsky. Teoria Histórico-social. Abstract: This work addresses a text of a renowned American physicist, whose theme is the connection between the Special Theory of Relativity (STR) and the Classical Electromagnetism, that is, some introductory elements of Relativistic Electrodynamics. The physicist shows that the relativistic effects of time dilation and Lorentz contraction are naturally inserted on the scope of Electromagnetic Theory, even if the velocity between inertial frames is very low. Thus, from the perspective of STR, magnetic and electric fields and forces become completely relative concepts; however, Maxwell´s equations remain with the same mathematical form (do not require relativistic correction) in any of these frames. The invariance on the elementary electric charge and the principle of charge conservation (in addition to the effects mentioned above), allow the scientist to conclude that STR and Electromagnetism are compatible. This is highlighted from a classical theoretical approach of the forces acting on a test charge (in different inertial frames) which, for short time intervals, is in accordance with Einstein´s postulates. Our purpose has been to develop a pedagogical material for the study to be guided by a Professor, material based on the scientists text, for use in undergraduate Physics course (or similar). The pedagogical assumptions are from a work of important scholars of the Pedagogy (related to higher education) and also from thoughts and ideas of the Sociocultural theory and one of its leading thinkers. These pedagogical foundations allowed, for example, justify the importance of prerequisites for study/reading of the text, as well as a potential dialogue about relevant textual notions. The text, in Portuguese, has been applied for reading during a workshop with university students. The material prepared has also been delivered, containing errata and proposed questions. Unfortunately, there was not enough time to the attempt to solve these questions which has been proposed as homework. However, the text reading has been made by the meeting participants; and a dialogue on some relevant notions of the text has started. The prior knowledge, concerning STR, has been exposed before the reading. We have received no answers to the questions (due to the problems faced); therefore, we have thought it would be valuable to make a questionnaire in order to evaluate the material and the meeting which was answered only by two participants. Two other individuals, who were not in the workshop, have also helped our work: they have read the text, partially resolving the questions and answering our questionnaire. Some modifications have been done on the applied material. In addition, it is produced a document with answers to the suggested questions and considerations about important notions on the text or correlated , which may be valuable to the self-study, to correct questions and help on discussion with students. This supplement has been delivered to the workshop participants and to the (two) non-participants who contributed to this research. The information collected from the evaluation questionnaire indicates that our proposal has potential to be efficient in a future application, assisting the study/comprehension of the text. Moreover, humble suggestions for the workshop improvement and some recommendations regarding the material application (and discussion of the text) have been raised. Keywords: Physics Education. Higher Education. Mathematics and science Education. Relativistic Electrodynamics. Relativity of magnetic and electric fields. Feynman. Special Theory of Relativity. Electromagnetism. Pedagogical material. Bordenave and Pereira. Vygotsky. Sociocultural Theory.