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CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO LATO SENSU NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO E EXTENSÃO – FAVENI HISTÓRIA DA FÍSICA E CONTEXTUALIZAÇÃO DA PRÁTICA DOCENTE ESPÍRITO SANTO HISTÓRIA DA FÍSICA http://blogmidia8.com/wp-content/uploads/2013/08/livro-historia-fisica.jpg A Física é a ciência das propriedades da matéria e das forças naturais. Suas formulações são em geral compactantes expressas em linguagem matemática. A introdução da investigação experimental e a aplicação do método matemático contribuíram para a distinção entre Física, filosofia e religião, que, originalmente, tinham como objetivo comum compreender a origem e a constituição do Universo. A Física estuda a matéria nos níveis molecular, atômico, nuclear e subnuclear. Estuda os níveis de organização, ou seja, os estados sólido, líquido, gasoso e plasmático da matéria. Pesquisa também as quatro forças fundamentais: a da gravidade (força de atração exercida por todas as partículas do Universo), a eletromagnética (que liga os elétrons aos núcleos), a interação forte (que mantêm a coesão do núcleo e a interação fraca - responsável pela desintegração de certas partículas - a da radiatividade). Física teórica e experimental - A Física experimental investiga as propriedades da matéria e de suas transformações, por meio de transformações e medidas, geralmente realizadas em condições laboratoriais universalmente repetíveis. A Física teórica sistematiza os resultados experimentais, estabelece relações entre conceitos e grandezas Físicas e permite prever fenômenos inéditos. FATOS HISTÓRICOS http://1.bp.blogspot.com/- P9xzbbWEllg/UjT2oNTD7zI/AAAAAAAAbis/tf5t7f3byOY/s1600/grandes+f%C3%ADsicos+da+hist%C3%B3ria.png A Física se desenvolve em função da necessidade do homem de conhecer o mundo natural e controlar e reproduzir as forças da natureza em seu benefício. Física na Antiguidade É na Grécia Antiga que são feitos os primeiros estudos "científicos" sobre os fenômenos da natureza. Surgem os "filósofos naturais" interessados em racionalizar o mundo sem recorrer à intervenção divina. Atomistas Gregos A primeira teoria atômica começa na Grécia, no século V A.C. Leucipo, de Mileto, e seu aluno Demócrito, de Abdera (460 A.C. - 370 A.C.), formulam as primeiras hipóteses sobre os componentes essenciais da matéria. Segundo eles, o Universo é formado de átomos e vácuo. Os átomos são infinitos e não podem ser cortados ou divididos. São sólidos, mas de tamanho tão reduzido que não podem ser vistos. Estão sempre se movimentando no vácuo. Física Aristotélica É com Aristóteles que a Física e as demais ciências ganham o maior impulso na Antiguidade. Suas principais contribuições para a Física são as ideias sobre o movimento, queda de corpos pesados (chamados "graves", daí a origem da palavra "gravidade") e o geocentrismo. A lógica aristotélica irá dominar os estudos da Física até o final da Idade Média. Aristóteles - (384 A.C. - 322 A.C.) Nasce em Estagira, antiga Macedônia (hoje, Província da Grécia). Aos 17 anos muda-se para Atenas e passa a estudar na Academia de Platão, onde fica por 20 anos. Em 343 A.C. torna-se tutor de Alexandre, o grande, na Macedônia. Quando Alexandre assume o trono, em 335 A.C., volta a Atenas e começa a organizar sua própria escola, localizada em um bosque dedicado a Apolo Liceu - por isso, chamada de Liceu. Até hoje, se conhece apenas um trabalho original de Aristóteles (sobre a Constituição de Atenas). Mas as obras divulgadas por meio de discípulos tratam de praticamente todas as áreas do conhecimento: lógica, ética, política, teologia, metafísica, poética, retórica, Física, psicologia, antropologia, biologia. Seus estudos mais importantes foram reunidos no livro Órganom. http://files.fisicasemmisterios.webnode.com.br/system_preview_detail_200000020-54d8c55d31/logo-fisica-in-gioco.jpg Geocentrismo - Aristóteles descreve o cosmo como um enorme (porém finito) círculo onde existem nove esferas concêntricas girando em torno da Terra, que se mantêm imóvel no centro delas. Gravidade - Aristóteles considera que os corpos caem para chegar ao seu lugar natural. Na antiguidade, consideram-se elementos primários a terra, a água, ar e fogo. Quanto mais pesado um corpo (mais terra) mais rápido cai no chão. A água se espalha pelo chão porque seu lugar natural é a superfície da Terra. O lugar natural do ar é uma espécie de capa em torno da Terra. O fogo fica em uma esfera acima de nossas cabeças e por isso as chamas queimam para cima. Primórdios da Hidrostática A hidrostática, estudo do equilíbrio dos líquidos, é inaugurada por Arquimedes. Diz à lenda que Hierão, rei de Siracusa, desafia Arquimedes a encontrar uma maneira de verificar sem danificar o objeto, se era de ouro maciço uma coroa que havia encomendado. Arquimedes soluciona o problema durante o banho. Percebe que a quantidade de água deslocada quando entra na banheira é igual ao volume de seu corpo. Ao descobrir esta relação sai gritando pelas ruas "Eureka, eureka!" (Achei, achei!). No palácio, mede então a quantidade de água que transborda de um recipiente cheio quando nele mergulha sucessivamente o volume de um peso de ouro igual ao da coroa, o volume de um peso de prata igual ao da coroa e a própria coroa. Este, sendo intermediário aos outros dois, permite determinar a proporção de prata que fora misturada ao ouro. Princípio de Arquimedes - A partir dessas experiências Arquimedes formula o princípio que leva o seu nome: todo corpo mergulhado em um fluído recebe um impulso de baixo para cima (empuxo) igual ao peso do volume do fluído deslocado. Por isso os corpos mais densos do que a água afundam e os mais leves flutuam. Um navio, por exemplo, recebe um empuxo igual ao peso do volume de água que ele desloca. Se o empuxo é superior ao peso do navio ele flutua. Arquimedes - (287 A.C. - 212 A.C.) - nasce em Siracusa, na Sicília. Frequenta a Biblioteca de Alexandria e lá começa seus estudos de matemática. Torna-se conhecido pelos estudos de hidrostática e por suas invenções, como o parafuso sem ponta para elevar água. Também ganha fama ao salvar Siracusa do ataque dos romanos com engenhosos artefatos bélicos. Constrói um espelho gigante que refletia os raios solares e queimava a distância os navios inimigos. É também atribuído a Arquimedes o princípio da alavanca. Com base neste princípio, foram construídas catapultas que também ajudaram a resistir aos romanos. Depois de mais de três anos, a cidade é invadida é Arquimedes e assassinado por um soldado romano. http://www.meteoweb.eu/wp-content/uploads/2013/11/fisico.jpg Yin e Yang Os chineses também iniciaram na Antiguidade estudos relacionados à Física. Não se ocupam de teorias atômicas ou estrutura da matéria. Procuram explicar o Universo como resultado do equilíbrio das forças opostas Yin e Yang. Estas palavras significam o lado sombreado e ensolarado de uma montanha e simbolizam forças opostas que se manifestam em todos os fenômenos naturais e aspectos da vida. Quando Yin diminui, Yang aumenta e vice-versa. A noção de simetria dinâmica de opostos inaugurada pela noção de Yin e Yang será retomada no inicio do século XX com a teoria quântica. REVOLUÇÃO COPERNICANA Em 1510 Nicolau Copérnico rompe com mais de dez séculos de domínio do geocentrismo. No livro Commentariolus diz pela primeira vez quea Terra não é o centro do Universo e sim um entre outros tantos planetas que giram em torno do Sol. Enfrenta a oposição da Igreja Católica, que adotara o sistema aristotélico como dogma e faz da Física um campo de estudo específico. http://www.ahistoria.com.br/biografia-nicolau-copernico/ Para muitos historiadores, a revolução copernicana se consolida apenas um século depois com as descobertas telescópicas e a mecânica de Galileu Galilei (1564-1642) e as leis de movimentos dos planetas dos planetas de Joannes Kepler (1571- 1630). Heliocentrismo - "O centro da Terra não é o centro do mundo (Universo) e sim o Sol”. Este é o princípio do heliocentrismo (que tem o Sol do grego hélio - como centro), formulado por Nicolau Copérnico e marco da concepção moderna de Universo. Segundo o heliocentrismo, todos os planetas, entre eles a Terra, giram em torno do Sol descrevendo órbitas circulares. Nicolau Copérnico - (1473 - 1543) nasce em Torum, na Polônia. Estuda matemática, os clássicos gregos, direito canônico (em Bolonha, na Itália) e medicina (em Pádua, Itália) e só depois se dedica exclusivamente à área que realmente lhe interessava: a astronomia. Em 1513 constrói um observatório e começa a estudar o movimento dos corpos celestes. A partir dessas observações, escreve Das revoluções dos corpos celestes com os princípios do heliocentrismo. Copérnico revoluciona a ideia que o homem tinha de si mesmo (visto como imagem de Deus e por isso centro de tudo) e dá novo impulso a todas as ciências ao colocar a observação e a experiência acima da autoridade e dos dogmas. FÍSICA CLÁSSICA http://2.bp.blogspot.com/_lQrg77G0aA4/TCmvyEnqCNI/AAAAAAAAAFU/FB3ingI-R28/s1600/atomo2.gif O século XVII lança as bases para a Física da era industrial. Simon Stevin desenvolve a hidrostática, ciência fundamental para seu País, a Holanda, protegida do mar por comportas e diques. Na óptica, contribuição equivalente é dada por Christiaan Huygens, também holandês, que constrói lunetas e desenvolve teorias sobre a propagação da luz. Huygens é o primeiro a descrever a luz como onda. Mas é Isaac Newton (1642-1727), cientista inglês, o grande nome dessa época: são dele a teoria geral da mecânica e da gravitação universal e o cálculo infinitesimal. Isaac Newton - (1642- 1727) nasce em Woolsthorpe, Inglaterra, no mesmo ano da morte de Galileu. Começa a estudar na Universidade de Cambridge com 18 anos e aos 26 já se torna catedrático. Em 1687 publica Princípios matemáticos da filosofia natural. Dois anos depois é eleito membro do Parlamento como representante da Universidade de Cambridge. Já em sua época é reconhecido como grande cientista que revoluciona a Física e a matemática. Preside a Royal Society (academia de ciência) por 24 anos. Nos últimos anos de vida dedica-se exclusivamente a estudos teológicos. Cálculo diferencial - por volta de 1664, quando a universidade é fechada por causa da peste bubônica, Newton volta à sua cidade natal. Em casa, desenvolve o teorema do binômio e o método matemático das fluxões. Newton considera cada grandeza finita resultado de um fluxo contínuo, o que torna possível calcular áreas limitadas por curvas e o volume de figuras sólidas. Este método dá origem ao cálculo diferencial e integral. Decomposição da luz - Newton pesquisa também a natureza da luz. Demonstra que, ao passar por um prisma, a luz branca se decompõe nas cores básicas do espectro luminoso: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta. Leis da mecânica - A mecânica clássica se baseia em três leis. Primeira lei - É a da inércia. Diz que um objeto parado e um objeto em movimento tendem a se manter como estão a não ser que uma força externa atue sobre eles. Segunda lei - Diz que a força é proporcional à massa do objeto e sua aceleração. A mesma força irá mover um objeto com massa duas vezes maior com metade da aceleração. Terceira lei - Diz que para toda ação há uma reação equivalente e contrária. Este é o princípio da propulsão de foguetes: quando os gases "queimados” (resultantes da combustão do motor) escapam pela parte final do foguete, fazem pressão em direção oposta, impulsionando-o para frente. Gravitação universal - observando uma maçã que cai de uma árvore do jardim de sua casa, ocorre a Newton a ideia de explicar o movimento dos planetas como uma queda. A força de atração exercida pelo solo sobre a maçã poderia ser a mesma que faz a Lua "cair" continuamente sobre a Terra. Principio - Durante os 20 anos seguintes, Newton desenvolve os cálculos que demonstram a hipótese da gravitação universal e detalha estudos sobre a luz, a mecânica e o teorema do binômio. Em 1687 publica Princípios matemáticos da filosofia natural, conhecida como Principia, obra-prima científica que consolida com grande precisão matemática suas principais descobertas. Newton prova que a Física pode explicar tanto fenômenos terrestres quanto celestes e por isso é universal. FÍSICA APLICADA http://www.cursos-universitarios.com/Cursos/F%C3%ADsica/F%C3%ADsica-Aplicada/ No século XVIII, embora haja universidades e academias nos grandes centros, mais uma vez é por motivos práticos que a Física se desenvolve. A revolução industrial marca nova fase da Física. As áreas de estudos se especializam e a ligação com o modo de produção torna-se cada vez mais estreita. TERMODINÂMICA Estuda as relações entre calor e trabalho. Baseia-se em dois princípios: o da conservação de energia e o de entropia. Estes princípios são à base de máquinas a vapor, turbinas, motores de combustão interna, motores a jato e máquinas frigoríficas. A partir de uma máquina concebida para retirar a água que inundava as minas de carvão, o inglês Thomas Newcomen cria em 1698 a máquina a vapor, mais tarde aperfeiçoada pelo escocês James Watt. É em torno do desempenho dessas máquinas que o engenheiro francês Sadi Carnot estabelece uma das mais importantes sistematizações da termodinâmica, delimitando a transformação de energia térmica (calor) em energia mecânica (trabalho). Primeiro princípio - É o da conservação da energia. Diz que a soma das trocas de energia em um sistema isolado é nula. Se, por exemplo, uma bateria é usada para aquecer água, a energia da bateria é convertida em calor, mas a energia total do sistema, antes e depois de o processo começar, é a mesma. Segundo princípio - Em qualquer transformação que se produza em um sistema isolado, a entropia do sistema aumenta ou permanece constante. Não há, portanto qualquer sistema térmico perfeito no qual todo o calor é transformado em trabalho. Existe sempre uma determinada perda de energia. http://www.estudopratico.com.br/leis-da-termodinamica-calor-energia-exemplos-e-conceitos/ Entropia - tendência natural da energia se dispersar e da ordem evoluir invariavelmente para a desordem. O conceito foi sistematizado pelo austríaco Ludwig Boltzmann (1844-1906) e explica o desequilíbrio natural entre trabalho e calor. Zero absoluto - 0 Kelvin (equivalente a -273,15º C ou -459,6º F) ou "zero absoluto" não existe em estado natural. A esta temperatura a atividade molecular (atômica) é nula. Lord Kelvin - (1824- 1907) é como ficou conhecido o físico irlandês William Thomson, barão Kelvin of Largs. Filho de matemático forma-se em Cambridge e depois se dedica à ciência experimental. Em 1832 descobre que a descompressão dos gases provoca esfriamento e cria uma escala de temperaturas absolutas.ELETROMAGNETISMO Em 1820, o dinamarquês Hans Oersted relaciona fenômenos elétricos aos magnéticos ao observar como a corrente elétrica alterava o movimento da agulha de uma bússola. Michel Faraday inverte a experiência de Oersted e verifica que os magnetos exercem ação mecânica sobre os condutores percorridos pela corrente elétrica e descobre a indução eletromagnética, que terá grande aplicação nas novas redes de distribuição de energia. http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/inducao.html Indução eletromagnética - Um campo magnético (variável) gerado por uma corrente elétrica (também variável) pode induzir uma corrente elétrica em um circuito. A energia elétrica também pode ser obtida a partir de uma ação mecânica: girando em torno de um eixo, um enrolamento de fio colocado entre dois imãs provoca uma diferença de potencial (princípio do dínamo). Michael Faraday - (1791-1867) é um caso raro entre os grandes nomes da ciência. Nasce em Newington, Inglaterra. Começa a trabalhar aos 14 anos como aprendiz de encadernador. Aproxima-se das ciências como autodidata e depois torna-se assistente do químico Humphy Davy. Apesar de poucos conhecimentos teóricos, o espírito de experimentação de Faraday o leva a importantes descobertas para a química e Física. Consegue liquefazer praticamente todos os gases conhecidos. Isola o benzeno. Elabora a teoria da eletrólise, a indução eletromagnética e esclarece a noção de energia eletrostática. Raios catódicos - São feixes de partículas produzidos por um eletrodo negativo (cátodo) de um tubo contendo gás comprimido. São resultado da ionização do gás e provocam luminosidade. Os raios catódicos são identificados no final do século passado por Willian Crookes. O tubo de raios catódicos é usado em osciloscópios e televisões. Raios X - Em 1895 Wilhelm Konrad von Röntgen descobre acidentalmente os raios X quando estudava válvulas de raios catódicos. Verificou que algo acontecia fora da válvula e fazia brilhar no escuro focos fluorescentes. Eram raios capazes de impressionar chapas fotográficas através de papel preto. Produziam fotografias que revelavam moedas nos bolsos e os ossos das mãos. Estes raios desconhecidos são chamadas simplesmente de "x"“x”. Wilhelm Konrad von Röntgen - (1845-1923) nasce em Lennep, Alemanha, e estuda Física na Holanda e na Suíça. Realiza estudos sobre elasticidade, capilaridade, calores específicos de gases, condução de calor em cristais e absorção do calor por diferentes gases. Pela descoberta dos raios X recebe em 1901 o primeiro prêmio Nobel de Física da História. Radiatividade - É a desintegração espontânea do núcleo atômico de alguns elementos (urânio, polônio e rádio), resultando em emissão de radiação. Descoberta pelo francês Henri Becquerel ( 1852 - 1909) poucos meses depois da descoberta dos raios X. Becquerel verifica que, além de luminosidade, as radiações emitidas pelo urânio são capazes de penetrar a matéria. Dois anos depois, Pierre Curie e sua mulher, a polonesa Marie Curie, encontram fontes radiativas muito mais fortes que o urânio. Isolam o rádio e o polônio e verificam que o rádio era tão potente que podia provocar ferimentos sérios e até fatais nas pessoas que dele se aproximavam. Tipos de radiação - Existem três tipos de radiação; alfa, beta e gama. Á radiação alfa é uma partícula formada por um átomo de hélio com carga positiva. Radiação beta é também uma partícula, de carga negativa, o elétron. A radiação gama é uma onda eletromagnética. As substâncias radiativas emitem continuamente calor e têm a capacidade de ionizar o ar e torná-lo condutor de corrente elétrica. São penetrantes e ao atravessarem uma substância chocam- se com suas moléculas. ESTRUTURA DO ÁTOMO http://4.bp.blogspot.com/-7bWkG0ijJ2o/T_dTiDFCvzI/AAAAAAAAAyQ/HKuJS7qC27M/s400/atomo.jpg Em 1803, John Dalton começa a apresentar sua teoria de que a cada elemento químico corresponde um tipo de átomo. Mas é só em 1897, com a descoberta do elétron, que o átomo deixa de ser uma unidade indivisível como se acreditava desde a Antiguidade. Descoberta do elétron - Em 1897 Joseph John Thomson, ao estudar os raios X e raios catódicos, identifica partículas de massa muito pequena, cerca de 1.800 vezes menores que a do átomo mais leve. Conclui que o átomo não é indivisível, mas composto por partículas menores. Modelo pudim - Thomson diz que os átomos são formados por uma nuvem de eletricidade positiva na qual flutuam, como ameixas em volta de um pudim, partículas de carga negativa - os elétrons. Modelo planetário - Em 1911 Ernest Rutherford bombardeia uma lâmina de ouro com partículas em alta velocidade. Observa que algumas partículas atravessam o anteparo e outras ricocheteiam. Descobre que existem espaços vazios no átomo, por isso algumas partículas passaram pela lâmina. Verifica também que há algo consistente contra o que outras partículas se chocaram e refletiram. Conclui que o átomo possui um núcleo (de carga positiva) em volta do qual orbitam elétrons, como planetas girando em torno do Sol. O modelo planetário é aperfeiçoado por Niels Bohr com fundamentos da Física quântica. Prótons - 1919 Rutherford desintegra o núcleo de nitrogênio e detecta partículas nucleares de carga positiva. Elas seriam chamadas de prótons. Segundo Rutherford, o núcleo é responsável pela maior massa do átomo. Anuncia a hipótese de existência do nêutron, confirmada apenas 13 anos depois. Nêutrons - 1932 James Chadwick membro da equipe, de Rutherford, descobre os nêutrons, partículas nucleares com a mesma massa do próton, mas com carga elétrica neutra. Ernest Rutherford - (1871 - 1937) nasce em Nelson, na Nova Zelândia, onde começa a estudar Física. Suas maiores contribuições foram às pesquisas sobre radiatividade e teoria nuclear. Em 1908 cria um método para calcular a energia liberada nas transformações radiativas e recebe o prêmio Nobel de química. Em 1919 realiza a primeira transmutação induzida e transforma um núcleo de nitrogênio em oxigênio através do bombardeamento com partículas alfa. A partir daí dedica-se a realizar transmutações de vários tipos de elementos. Em 1931 torna-se o primeiro barão Rutherford de Nelson ERA QUÂNTICA https://ngvthu.gnomio.com/pluginfile.php/17/course/overviewfiles/1.jpg A grande revolução que leva a Física à modernidade é a teoria quântica, que começa a se definir no fim do século XIX. É a inauguração de uma nova "lógica" resultante das várias pesquisas sobre a estrutura do átomo, radiatividade e ondulatória. Max Planck é quem define o conceito fundamental da nova teoria - o quanta. Mas a teoria geral é de autoria de um grupo internacional de físicos, entre os quais: Niels Bohr (Dinamarca), Louis De Broglie (França), Erwin, Schroedinger e Wolfgang, Pauli (Áustria), Werner Heisenberg (Alemanha), e Paul Dirac (Inglaterra). Quanta - Em 1900 o físico alemão Max Planck afirma que as trocas de energia não acontecem de forma continua e sim em doses, ou pacotes de energia, que ele chama de quanta. A introdução do conceito de descontinuidade subverte o princípio do filósofo alemão Wilhelm Leibniz (1646-1716), "natura non facit saltus"( a natureza não dá saltos), que dominava todos os ramos da ciência na época. Max Planck - (1858-1947) nasce em Kiel, Alemanha. Filho de juristas, chega a oscilar entre a carreira musical e os estudos científicos. Decide-se pela Física e se dedica à carreira acadêmica até o fim da vida.Em 14 de dezembro de 1900, durante uma reunião da Sociedade Alemã de Física, apresenta a noção de "quanta elementar de ação". Em sua autobiografia Planck diz que na época não previa os efeitos revolucionários dos quanta. Em 1918 recebe o prêmio Nobel de Física. Modelo quântico do átomo - Surge em 1913, elaborado por Niels Bohr (1885-1962). Segundo ele, os elétrons estão distribuídos em níveis de energia característicos de cada átomo. Ao absorver um quanta de energia, um elétron pode pular para outro nível e depois voltar a seu nível original, emitindo um quanta idêntico. Dualidade Quântica A grande marca da mecânica quântica é a introdução do conceito de dualidade e depois, com Werner Heisenberg, do princípio de incerteza. Para a mecânica quântica, o universo é essencialmente não-deterministico. O que a teoria oferece é um conjunto de prováveis respostas. No lugar do modelo planetário de átomo, com elétrons orbitando em volta de um núcleo, a quântica propõe um gráfico que indica zonas onde eles têm maior ou menor probabilidade de existir. Toda matéria passa a ser entendida segundo uma ótica dual: pode se comportar como onda ou como partícula. É o rompimento definitivo com a mecânica clássica, que previa um universo determinístico. Princípio da incerteza - Em 1927 Werner Heisenberg formula um método para interpretar a dualidade da quântica, o princípio da incerteza. Segundo ele, pares de variáveis interdependentes como tempo e energia, velocidade e posição, não podem ser medidos com precisão absoluta. Quanto mais precisa for à medida de uma variável, mais imprecisa será a segunda. "Deus não joga dados", dizia Albert Einstein, negando os princípios na nova mecânica. RELATIVIDADE A teoria da relatividade surge em duas etapas e altera profundamente as noções de espaço e tempo. Enquanto a mecânica quântica é resultado do trabalho de vários físicos e matemáticos, a relatividade é fruto exclusivo das pesquisas de Albert Einstein. Relatividade Restrita - Em 1905 ele formula a Teoria da Relatividade Restrita (ou especial), segundo a qual a distância e o tempo podem ter diferentes medidas segundo diferentes observadores. Não existe portanto tempo e espaço absolutos como afirmara Newton no Principia, mas grandezas relativas ao sistema de referência segundo o qual elas são descritas. Raios simultâneos - Einstein dá o exemplo dos raios e o trem. Dois indivíduos observam dois raios que atingem simultaneamente as extremidades de um trem (que anda em velocidade constante em linha reta) e chamuscam o chão. Um homem está dentro do trem, exatamente na metade dele. O segundo indivíduo está fora, bem no meio do trecho entre as marcas do raio. Para o observador que está no chão, os raios caem simultaneamente. Mas o homem no trem dirá que os raios caíram em momentos sucessivos, porque ele, ao mesmo tempo em que se desloca em direção ao relâmpago da frente, se afasta do relâmpago que cai na parte traseira. Este último relâmpago deve percorrer uma distância maior do que o primeiro para chegar até o observador. Como a velocidade da luz é constante, o relâmpago da frente "chega" antes que o de trás. Relatividade Geral Dez anos depois, Einstein estende a noção de tempo-espaço à força da gravidade. A Teoria Geral da Relatividade (1916), classificada pelo próprio Einstein como "bonita esteticamente", é também uma teoria da gravidade capaz de explicar a força de atração pela geometria tempo-espaço. A fórmula relativa - A "revolução" de Einstein Torna popular a fórmula Física E= mc2 (energia é igual à massa vezes o quadrado da velocidade da luz). A equivalência entre massa e energia (uma pequena quantidade de massa pode ser transformada em uma grande quantidade de energia) permite explicar a combustão das estrelas e dar ao homem maior conhecimento sobre a matéria. É a expressão teórica das enormes reservas de energia armazenadas no átomo na qual se baseiam os artefatos nucleares. Bomba atômica - Artefato nuclear explosivo que atinge seu efeito destrutivo através da energia liberada na quebra de átomos pesados (urânio 235 ou plutônio 239). Armas atômicas foram superadas pelas bombas termonucleares, que têm maior poder destrutivo. As bombas termonucleares (bomba H e bomba de nêutrons) agem por meio de ondas de pressão ou ondas térmicas. Produzem essencialmente radiação, mortal para os seres vivos, sem destruir bens materiais. São bombas de fusão detonadas por uma bomba atômica e podem ter o tamanho de um paralelepípedo. Velocidade relativa - A relatividade também revoluciona a noção de velocidade. Ao demostrar que todas as velocidades são relativas, explica que, apesar do movimento, nenhuma partícula poderia se deslocar a uma velocidade superior à da luz (299.792.458 metros por segundo). À medida que se aproximasse dessa velocidade, a energia e a massa da partícula também aumentariam, tomando cada vez mais difícil a aceleração. Geometria espaço-tempo - Enquanto Newton descrevera a gravitação como uma queda, para Einstein é uma questão espacial. Quando um corpo está livre, isto é, sem influência de qualquer força, seus movimentos apenas exprimem a qualidade de espaço-tempo. A presença de um corpo em determinado local causa uma distorção no espaço próximo. Espaço curvo - Um raio de luz proveniente de uma estrela distante parece sofrer uma alteração de trajetória ao passar perto do Sol. Isto não é causado por qualquer força de atração, diz Einstein. Em função da enorme massa do Sol, o espaço a sua volta está deformado. É como se ele estivesse " afundado". O raio apenas acompanha esta curvatura, mas segue sua rota natural. E se a matéria encurva o espaço, é possível admitir que todo o Universo é curvo. A confirmação experimental do espaço curvo só acontece em 1987, com a observação de galáxias muito distantes. Albert Einstein (1879-1955) nasce um Ulm, Alemanha, em 1879. Chega a ser considerado deficiente mental porque até 4 anos não fala fluentemente. Durante o secundário, é considerado pelos professores um estudante medíocre. Mas, fora da escola, Einstein mostra desde jovem interesse pela matemática. Começa seus estudos de matemática e Física na Alemanha e depois assume nacionalidade suíça. Em 1921 recebe o prêmio Nobel. No apogeu do nazismo vai para os EUA e se naturaliza norte-americano. Depois da 2a guerra, passa a defender o controle internacional de armas nucleares. Morre em Princeton, EUA. PARTÍCULAS SUBATÔMICAS http://www.mundoeducacao.com/upload/conteudo_legenda/61205b0da6c84dd8d28e64997b2117d2.jpg A história das partículas que compõem o átomo é bastante recente. Só em 1932 confirma-se que os átomos são formados por nêutrons, prótons e elétrons. Em seguida são encontradas partículas ainda menores como o pósitron, o neutrino e o méson - uma partícula internuclear de vida curtíssima (um décimo milésimo milionésimo de segundo). Quarks e léptons - Hoje já se conhecem 12 tipos de partículas elementares. Elas são classificadas em duas famílias: quarks e léptons. Estes são os tijolos da matéria. Há seis gerações de partículas quark e seis de léptons. A primeira geração de quarks é a dos upe down (alto e baixo), que formam, por exemplo, os nêutrons e os prótons. Os quarks de segunda e terceira geração, os charm e strange (charme e estranho) e os bottom e top (base e topo), existiram em abundância no início do Universo. Hoje, são partículas muito raras e só recentemente foram identificadas. O quark top foi detectado pela primeiravez em abril do ano passado. Os mésons também são formados por quarks. A família dos léptons reúne gerações de partículas mais leves. Entre eles, os mais conhecidos são o elétron e o neutrino. O tamanho do átomo - O diâmetro de um átomo é de aproximadamente 10-10 m, ou um centésimo milionésimo de centímetro. Se uma laranja fosse ampliada até ter o tamanho da Terra, seus átomos teriam o tamanho de cerejas. Uma proporção semelhante é a que existe entre o átomo e o núcleo dele. Se um átomo pudesse ser ampliado e ter o tamanho de uma sala de aula, ainda assim o núcleo não seria visível a olho nu. Estudo do núcleo - Apesar de todo avanço tecnológico, nunca foi possível ver o interior do átomo. Para descobrir características e propriedades das partículas, os físicos usam métodos indiretos de observação. Bombardeiam núcleos atômicos e depois verificam os "estragos". Registram as ocorrências e fazem curvas de comportamento. Depois fazem abstrações matemáticas (modelos) que serão testados para confirmação. Aceleradores de partículas - Os aceleradores são os aparelhos desenvolvidos para "olhar " o núcleo atômico. São eles que fornecem altas doses de energia para que partículas possam romper o campo de força que envolve o núcleo e atingi-lo. Essas partículas podem ser elétrons, prótons, antiprótons. Em grandes anéis circulares ou túneis, as partículas são aceleradas em direção oposta e produzem milhares de colisões por segundo. Um detector registra o rastro das partículas que resultam de cada choque e um computador seleciona as colisões a serem analisadas. http://2.bp.blogspot.com/_KVF1VE_3ocI/TQgVlo_45CI/AAAAAAAAAAU/JA-kVm0GwJc/s1600/atomo.jpg TENDÊNCIAS ATUAIS A fusão nuclear controlada e a Física dos primeiros instantes do Universo são atualmente os campos mais desafiantes da física. Fusão Nuclear Controlada - A fusão nuclear é um processo de produção de energia a partir do núcleo do átomo. Este fenômeno ocorre naturalmente no interior do Sol e da estrelas. Núcleos leves como o do hidrogênio e seus isótopos - o deutério e o trítio -se fundem e criam elementos de um núcleo mais pesado, como o hélio. Neste processo, há uma enorme liberação de energia. Até hoje, só foi possível produzir energia nuclear pela fissão (quebra) do núcleo dos átomos. Esta "quebra" resulta em energia, mas libera resíduos radiativos e por isso não pode ser considerada uma fonte segura. Combustível nuclear - Um dos desafios da Física atual é reproduzir o processo de fusão de maneira controlada e obter combustível nuclear. Será uma alternativa mais econômica e limpa. Pode ser obtida a partir de matéria-prima abundante (água) e sem efeitos poluidores (como o monóxido de carbono, resultante da queima de combustíveis, ou a radiação). Deutério - O combustível para a fusão, o deutério, é um isótopo de hidrogênio abundante na água. Na fusão nuclear, uma única gota de deutério (obtida a partir de 4 litros de água comum) produziria energia equivalente à queima de 1.200 litros de petróleo. Teoria do Campo Unificado - Neste campo, as teorias sobre a evolução do Universo a partir do seu momento inicial, o Big Bang (Grande Explosão), se encontra com as teorias das partículas elementares. A hipótese aceita hoje em dia é que, logo após o Big Bag, teria se formado uma espécie de "sopa" superquente de partículas básicas das quais se constitui toda a matéria e que, ao se resfriarem, teriam dado origem à matéria em seu estado atual. O grande desafio é estabelecer uma teoria do campo unificado que descreva a ação das forças fundamentais (gravitacionais, eletromagnéticas e nucleares) num único conjunto de equações ou a partir de um princípio geral, que seria a "força" presente no início dos tempos. ESPECIALIZAÇÕES DA FÍSICA Cosmologia e astrofísica - Tratam da natureza do universo físico, sua origem, evolução e possíveis extensões espaço-temporais. Física atômica, molecular e de polímeros - Dedicam-se à descrição da estrutura e das propriedades de sistemas de muitos elétrons, como os átomos complexos, ou como moléculas e compostos orgânicos. Física da matéria condensada e do estado sólido - Ocupa-se das propriedades gerais dos materiais, como cristais, vidros ou cerâmicas. Tem como subespecializações a Física de semicondutores e a Física de superfícies. Física nuclear - Estuda a estrutura nuclear e os mecanismos de reação, emissão de radiatividade natural, de fissão e fusão nuclear. Física dos plasmas - Estuda a matéria a centenas de milhares de graus ou mesmo a milhões de graus de temperatura, estado em que a estrutura atômica regular é desfeita em íons e elétrons ou em que ocorrem fusões nucleares, como no Sol e nas demais estrelas. Física das partículas elementares - Trata dos constituintes fundamentais da matéria. Física das radiações - Estuda os efeitos produzidos pela absorção da energia da radiação eletromagnética em geral ou da radiação ionizante em particular. Gravitação e relatividade geral - Tratam das propriedades geométricas do espaço/tempo, como decorrentes das concentrações de massa no Universo. Mecânica dos fluídos - Estuda as propriedades gerais e as leis de movimento dos gases e dos líquidos. Óptica - Estuda propriedades e efeitos de fontes de luz (como os raios laser), de transmissores de luz (como as fibras ópticas) e de fenômenos e instrumentos ópticos (como o arco-íris e os microscópios). http://wallpaper.ultradownloads.com.br/170901_Papel-de-Parede-Atomo-Colorido_1600x1200.jpg A IMPORTÂNCIA DA FÍSICA PARA O ESCLARECIMENTO DO UNIVERSO E PARA O DESENVOLVIMENTO DAS FORÇAS PRODUTIVAS DA SOCIEDADE http://lulacerda.ig.com.br/wp-content/uploads/2013/12/corpo.atomos.jpg Texto de: G. Miakichev & B. Bukhovtsev Traduzido do Russo por Ana Manteigas Pedro e Anatoli Kutchúmov Adaptado por Alberto Ricardo Präss (www.fisica.net) Panorama Físico do Universo A Física permite-nos conhecer as leis gerais da Natureza que regulam o desenvolvimento dos processos que se verificam, tanto no Universo circundante como no Universo em geral. O objetivo da Física consiste em descobrir as leis gerais da Natureza e esclarecer, com base nelas, processos concretos. Os cientistas, à medida que se aproximavam desse objetivo, iam compreendendo melhor o panorama grandioso a complexo da unidade universal da Natureza. O Universo não é um conjunto simples de acontecimentos independentes, mas todos eles constituem manifestações evidentes do Universo considerado como um todo. Panorama mecânico do Universo. O panorama grandioso da unidade do Universo idealizado por Newton, com base na Mecânica, causou sempre e continua a causar admiração. De acordo com o modelo de Newton, todo o Universo consta “de partículas duras, pesadas, impenetráveis e animadas de movimento”. São “partículas elementares absolutamente duras: a sua dureza é infinitamente superior à dos corpos constituídos por elas, tão duras que nunca sofrem desgaste nem ruptura”. As partículas diferem umas das outras apenas quantitativamente, isto é, pelas suas massas. Toda a riqueza, toda a diversidade qualitativa do Universo resulta das diferenças no movimento das partículas. A natureza, a essência interna das partículas como que estavam em segundo plano. As leis que regulam o movimento dos corpos, descobertas por Newton, e o seu caráter universal serviram de base para a idealização deste panorama geral do Universo. À leis de Newton obedecemcom exatidão tanto os grandes astros como as pequeníssimas partículas de areia agitadas pelos ventos. O próprio vento obedece às mesmas leis, pois que consta de partículas de ar invisíveis a olho nu. Durante muito tempo os cientistas consideraram que as leis da Mecânica de Newton são as únicas leis fundamentais da Natureza. Assim, por exemplo, o físico francês LAGRANGE considerava que “não há nenhum homem mais feliz do que Newton: somente uma vez cabe a um só homem a glória de idealizar o panorama do Universo”. No entanto, o panorama mecânico simples do Universo revelou-se inconsistente. Durante o estudo dos processos eletromagnéticos soube-se que os mesmos não obedecem às leis mecânicas de Newton. Maxwell descobriu um novo tipo de leis fundamentais que não se limitam apenas à mecânica de Newton. Trata-se das leis que regulam o comportamento do campo eletromagnético. Panorama eletromagnético do Universo Na Mecânica de Newton admite-se que os corpos interagem, diretamente através do vazio, uns sobre os outros, interação esta que se realiza instantaneamente (teoria da interação a grandes distâncias). O conceito de forças, depois de criada a eletrodinâmica, sofreu alterações substanciais. Cada um dos corpos que entram em interação cria um campo eletromagnético que se propaga no espaço com uma velocidade finita. As interações realizam-se através desse campo (teoria da interação a pequenas distâncias). As forças eletromagnéticas são muito frequentes na Natureza. As forças eletromagnéticas atuam no seio do núcleo atômico, nos átomos, nas moléculas, assim como entre as moléculas nos corpos macroscópicos. Isto ocorre devido a que a composição de todos os átomos entram partículas carregadas de eletricidade. A ação das forças eletromagnéticas põe-se em evidência tanto a distâncias muito pequenas (dentro de um núcleo atômico) como muito grandes, cósmicas (radiação eletromagnética dos astros). O desenvolvimento da eletrodinâmica deu origem a várias tentativas de idealizar um panorama eletromagnético do Universo. Todos os acontecimentos que se verificam no Universo, segundo tal panorama, obedecem às leis que regulam as interações eletromagnéticas. O panorama eletromagnético do Universo atingiu o ponto culminante do seu desenvolvimento após a criação da teoria da relatividade especial. Foi nessa altura que se tornou possível compreender a importância fundamental do valor finito da velocidade de propagação das interações eletromagnéticas, assim como criar os novos conceitos de espaço e de tempo, escrever a nova equação relativista do movimento que substituiu as equações de Newton nos casos de se tratar de grandes velocidades. Repare-se que, enquanto na época de existência única do panorama mecânico do Universo os cientistas tentavam reduzir os fenômenos eletromagnéticos aos processos mecânicos num meio especial hipotético (éter universal), nesta nova etapa, pelo contrário, os físicos tinham tendência para deduzir as leis que regulam o movimento das partículas com base na teoria eletromagnética. As partículas constituintes da matéria eram consideradas como porções concentradas de um campo eletromagnético. Porém, foi impossível reduzir todos os fenômenos da Natureza apenas aos processos eletromagnéticos. A equação do movimento das partículas e a lei da interação gravitacional não podem deduzir-se da teoria do campo eletromagnético. Além disto, foram descobertas as partículas eletricamente neutrais, assim como as interações de novos tipos. A Natureza revelou-se mais complexa do que os cientistas supunham antes: não há nenhuma lei geral do movimento nem força universal alguma que possam abranger a enorme diversidade dos processos a fenômenos no Universo. Unidade da composição geral da matéria A diversidade do Universo é tão grande que todos os corpos, sem dúvida, não podem ser constituídos por partículas de uma só espécie. No entanto, a matéria de que são compostos astros, por mais surpreendente que isto seja, é a mesma que entra na constituição da Terra. Os átomos de que constam todos os corpos do Universo são iguais. Os organismos vivos são constituídos pelos mesmos átomos que os mortos. Todos os átomos têm a mesma estrutura a constam de partículas elementares de três espécies. Os átomos possuem núcleos constituídos por prótons a nêutrons rodeados por elétrons. A interação que se verifica entre os núcleos a os elétrons é realizada através do campo eletromagnético, cujos quantos são fótons. A interação entre prótons a nêutrons no seio dos núcleos realiza-se geralmente através dos mésons pi, que constituem os quantos do campo nuclear. A desintegração dos nêutrons dá origem à formação de neutrinos. Além disto, foram descobertas muitas outras partículas elementares cuja interação só se reveste de importância considerável quando possuem energias extraordinariamente grandes. Durante a primeira metade do século XX foi estabelecido o seguinte fato fundamental: todas as partículas elementares são susceptíveis de se transformarem reciprocamente umas nas outras. Depois da descoberta das partículas elementares a das suas transmutações, tornou-se evidente o caráter universal da composição a da estrutura da matéria, assente na materialidade de todas as partículas elementares. As partículas elementares, por muito diferentes que sejam, não são mais do que diversas formas concretas de existência da matéria. Panorama físico atual do Universo No entanto, a unidade do Universo não se limita ao caráter universal da estrutura da matéria, mas sim se manifesta também nas leis que regulam o movimento das partículas e a interação delas entre si. Apesar da surpreendente diversidade das interações dos corpos entre si, na Natureza, de acordo com os conhecimentos atuais, existem apenas quatro tipos de forças, a saber: forças gravitacionais, eletromagnéticas, nucleares a as chamadas interações facas. Estas últimas manifestam-se somente durante as transmutações das partículas. Estes quatro tipos de forças podem observar-se tanto nos espaços ilimitados do Universo, como em quaisquer corpos a objetos na Terra (entre eles, nos organismos vivos), nos átomos a núcleos atômicos, e, mesmo, durante todas as transmutações das partículas elementares. Este câmbio radical, revolucionário dos conceitos clássicos acerca do panorama físico do Universo foi possível depois da descoberta das propriedades quânticas da matéria. Após o aparecimento da Física Quântica, que descreve o movimento das partículas elementares, tornou-se possível o esclarecimento de novos aspectos e elementos do panorama físico universal do Universo. A divisão da matéria em substância, com uma estrutura descontínua, e em campo contínuo, perdeu hoje o seu sentido absoluto. A cada campo dado correspondem os respectivos quantos: os fótons, quando se trata do campo eletromagnético, os mésons no caso do campo nuclear, a assim sucessivamente. Todas as partículas, por sua vez, possuem propriedades ondulatórias. O dualismo onda-partícula é próprio de todas as formas da matéria. O esclarecimento das propriedades corpusculares a ondulatórias, aparentemente incompatíveis, por intermédio de uma teoria universal, foi possível devido ao fato de que as leis do movimento de todas as micropartículas, sem exceção, têm caráter estatístico (provável). Isto torna impossível o prognóstico inequívoco do comportamento dos objetos microscópicos. Os princípios da Teoria Quântica são absolutamente universais, podendo aplicá-los tanto para a descrição do movimento de todas aspartículas e a interação delas entre si, como para a análise das suas transmutações. Pois bem, a Física moderna põe em evidência a unidade universal da Natureza. No entanto, são muitos os problemas, incluindo própria essência física da unidade universal do Universo, que não estão ainda definitivamente esclarecidos. Não sabemos por que é que as partículas elementares são tão numerosas, nem por que razão possuem massas e cargas diferentes e uma série de outras características específicas. Até hoje, todas estas grandezas foram avaliadas experimentalmente. Contudo, torna-se cada vez mais clara a relação entre diversos tipos de interações. As interações eletromagnéticas a as fracas são abrangidas já dentro dos limites de uma teoria comum. Os físicos conhecem já a estrutura da maior parte das partículas elementares. Torna-se evidente que a Física das partículas elementares está em vésperas de realizar descobertas grandiosas. “Aqui estão encobertos segredos tão grandes a pensamentos tão elevados que, apesar das tentativas de centenas de sábios dos mais perspicazes, que durante milênios trabalharam para desvendá-los, ainda não foram revelados, de forma que ainda é possível gozar o prazer e o regozijo proporcionado pelo trabalho criativo a pelas descobertas”. Estas palavras de Galileu Galilei, ditas há mais de três séculos, são ainda muito atuais. Concepção científica do Universo As leis fundamentais estabelecidas pela Física, quanto ao seu caráter complexo e universal, vão muito para além dos fatos que dão origem ao estudo dos respectivos fenômenos. No entanto, as leis físicas são tão certas e objetivas como os nossos conhecimentos dos fenômenos simples observados a olho nu. Tais leis nunca podem ser violadas, seja em que circunstâncias for. É cada vez maior o número de pessoas que se dão conta de que as leis objetivas da Natureza excluem milagres e o conhecimento perfeito destas leis aumenta o poder do homem sobre a Natureza. Nos séculos passados a Humanidade depositou as suas melhores esperanças na crença no sobrenatural, em Deus. A religião contém ideias sobre o caráter limitado das possibilidades do homem, da existência da vontade divina que orienta os homens a um determinado objetivo hipotético. Não há dúvida que o progresso da ciência no domínio do esclarecimento da Natureza tem destruído a pouco a pouco esse sistema filosófico. Física a Revolução Técnico-Científica Presentemente assistimos a uma grandiosa revolução técnico-científica que começou aproximadamente há um meio de século. Esta revolução causou alterações profundas e qualitativas em numerosos domínios da ciência e técnica. A Astronomia, uma das ciências mais antigas, está a sofrer mudanças radicais, devidas às grandes realizações alcançadas pela Humanidade na conquista do espaço. O aparecimento da Biologia Molecular a da Genética deu origem a uma revolução na Biologia, ao passo que a instituição da chamada grande Química tornou-se possível graças a mudanças radicais na ciência Química. Os processos análogos desenvolvem-se também na Geologia, Meteorologia, Oceanologia a muitos outros domínios da ciência moderna. São profundas as modificações qualitativas que se verificam hoje em dia em todos os setores industriais. A revolução na produção de energia, por exemplo, devesse à passagem do emprego das centrais termelétricas, cujo funcionamento assenta na utilização de combustíveis de origem orgânica, para o uso das centrais elétricas atômicas. Crescem as aplicações de materiais sintéticos com propriedades novas e muito valiosas. A mecanização e automatização complexas tornam inevitável uma revolução nos setores industrial a agrícola. Os transportes, a construção e as comunicações vão se transformando em setores realmente novos a eficazes da técnica moderna. A revolução técnico-científica modificou radicalmente o papel que a ciência desempenha na vida da sociedade. A ciência constitui já uma força produtiva. De agora para o futuro, a produção dos bens materiais necessários para a Humanidade dependerá do progresso da ciência. A revolução técnico-científica conduz necessariamente a Humanidade a uma grandiosa reorganização a ao aperfeiçoamento de todos os domínios da produção. A revolução técnico-científica, além disso, torna muito atual o problema da proteção do meio ambiente. A Física é uma das ciências fundamentais. A Física influi consideravelmente sobre os mais variados ramos a setores da ciência, técnica a produção. Analisemos, então, alguns fatos elucidativos da importância que a Física tem para os outros domínios da ciência a técnica modernas. No decurso de vários milênios toda a informação de que os astrônomos dispunham sobre os fenômenos astronômicos era-lhes dada pela luz visível. Pode-se dizer que os astrônomos observavam a estudavam esses fenômenos através de uma pequena fenda no amplo espetro das radiações eletromagnéticas. Há trinta anos, graças ao desenvolvimento da Radiofísica, surgiu a Radioastronomia que permitiu ampliar os nossos conhecimentos sobre o Universo. A radioastronomia revelou-nos a existência de muitos novos corpos cósmicos. A faixa da escala eletromagnética que corresponde à banda de ondas de rádio tornou-se uma fonte adicional de conhecimentos astronômicos. É grande a quantidade de informação que nos trazem do espaço cósmico as outras espécies de radiações eletromagnéticas que, antes de atingirem a superfície terrestre, são absorvidas pela atmosfera da Terra. A ofensiva do Homem no espaço cósmico deu origem a novos domínios da astronomia: a astronomia ultravioleta, infravermelha, dos raios X, dos raios gama. Tornou-se muito grande a possibilidade de estudo dos raios cósmicos originais fora da atmosfera. No decurso do desenvolvimento da revolução técnico-científica os astrônomos obtiveram pela primeira vez a possibilidade de analisarem todas as espécies de partículas a radiações oriundas do espaço cósmico. A quantidade de informação científica obtida pelos astrônomos durante as últimas décadas é muito superior à obtida no decurso de toda a história do desenvolvimento da astronomia até hoje. Os métodos de investigação e a aparelhagem de registro utilizada pelos astrônomos são análogos aos que se empregam na Física; a astronomia antiga vai-se transformando em astrofísica, uma nova ciência que se desenvolve rapidamente. Hoje em dia estão a ser lançados os fundamentos da chamada Astronomia dos Neutrinos, capaz de oferecer aos cientistas informação acerca dos processos que se verificam no seio dos corpos cósmicos, por exemplo, no interior do Sol. A criação da astronomia dos neutrinos tornou-se possível apenas devido aos êxitos alcançados pela Física dos núcleos atômicos a das partículas elementares. A revolução técnico-científica na Biologia tem muito a ver com o aparecimento da biologia molecular a da genética, ciências biológicas que estudam os processos vitais ao nível molecular. Os meios a métodos fundamentais que se empregam na biologia molecular para identificar e analisar os objetos microscópicos em estudo (microscópios eletrônicos e protônicos, análise estrutural com raios X, análise neutrônica de átomos marcados, ultracentrífugas, etc.) são os mesmos que se usam na Física. Os biólogos, sem esses aparelhos a métodos nascidos nos laboratórios de Física, não poderiam ter alcançado tão grandes realizações no estudo dos processos que se desenvolvem nos organismos vivos. Deste modo, a aplicação dos métodos de pesquisas próprios da Física teve grande importância para a instituição e o desenvolvimento da biologia moleculare a genética. A Física moderna também desempenha um papel importante na reforma revolucionária da química, geologia, Oceanologia a outras ciências naturais. A Física deu origem também a modificações radicais em todos os domínios da técnica. As grandes realizações da Física serviram de base para a reconstrução da energética, comunicações, transportes, construção, setores industrial e agrícola. A revolução na energética deve-se à fundação da energética atômica. Os recursos de energia contidos no combustível atômico são consideravelmente superiores aos de combustíveis de origem orgânica. A hulha, o petróleo e o gás natural constituem, hoje em dia, matéria-prima exclusiva para a chamada grande química. Queimá-los em grandes quantidades significa causar dano irreparável a este setor industrial moderno de grande importância. Portanto, torna-se indispensável o use do combustível atômico urânio, tório) para o fornecimento de energia, sendo estas as vantagens fundamentais da energética atômica em relação aos outros ramos da energética. As centrais elétricas termonucleares vão resolver, no futuro, todos os problemas que afetam a Humanidade no domínio da energética. Como já foi salientado, os fundamentos científicos da energética atômica e termonuclear assentam totalmente nas realizações alcançadas pela Física dos núcleos atômicos. A técnica do futuro deixará de utilizar os materiais naturais para passar a usar materiais sintéticos com as propriedades desejadas que garanta trabalho seguro a longa duração. Na obtenção de tais materiais desempenharão um papel cada vez mais importante os métodos físicos de modificação da matéria (feixes de elétrons, íons a de laser; campos magnéticos de intensidades extraordinariamente grandes; pressões e temperaturas elevadíssimas; ultrassom, etc.). Os métodos físicos de modificação da matéria tornaram possível a obtenção de materiais com características limites e a criação de novos métodos de trabalho das substâncias, modificando radicalmente a tecnologia da produção moderna. O setor industrial e a agricultura vão-se transformando em sistemas de produção complexa a automatizada. A automatização complexa assenta no emprego da aparelhagem eletrônica de controlo a medição indispensável. Os fundamentos científicos dessa aparelhagem e a sua realização prática estão organicamente ligadas à radio eletrônica, a Física dos sólidos, a Física do núcleo atômico e a outros domínios da Física Moderna. A Física Moderna tem importância radical para o desenvolvimento dos computadores. Todas as séries de computadores (tanto assentes no emprego de válvulas eletrônicas, como as que usam semicondutores a circuitos integrados) existentes até hoje nasceram em laboratórios de física. A Física Moderna permite o desenvolvimento consequente da miniaturização, alcançar uma grande rapidez e o trabalho seguro dos computadores eletrônicos. O use dos lasers a da holografia permitirá aperfeiçoar ainda mais os computadores. Não podemos citar aqui todos os aspetos da influência revolucionária que tem a Física Moderna no desenvolvimento de diversos domínios das ciências e técnicas. No entanto, os exemplos citados são suficientes para nos certificarmos da enorme contribuição da Física Moderna para a realização da revolução técnico-científica. BIBLIOGRAFIA Abrahan, P.; Sutil é o Senhor – A Ciência e a Vida de Albert Einstein, Ed. Nova Fronteira, São Paulo (2005). BIEZUNSKI, M.; História da Física Moderna, Coleção história e biografias, Instituto Piaget, Lisboa, Portugal (1993). BRODY D. E. , BRODY A. R., "As Sete Maiores Descobertas Científicas da História", Cia. da Letras,1999. FARIAS, R. B., BASSALO, J. M. F., Para Gostar de Ler a História da Física, Editora Átomo, Campinas (2010). Freire Júnior, Olival. “O Universo dos Quanta. Uma Breve História da Física Moderna”. 1997, São Paulo, FTD. Fritzsch, Harald, Quarks, a Matéria Prima Deste Mundo, Editorial Presença, Lisboa, Portugal, 1990. HALLIDAY, RESNICK, WALKER; Fundamentos da Física, Vol. 1, 7ª Edição, LTC, 2004. KOYRË, ALEXANDRE. "Estudos de História do Pensamento Científico". Ed. 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Assim, a aula de Física passa a ser considerada, também, um momento de construção de valores éticos a respeito da utilização de recursos naturais e das tecnologias decorrentes. A concepção de ensino de Física que certo professor ou uma instituição possui, sua ideologia, sua política e seus valores, podem ser explicitados através da análise de sua prática pedagógica. Palavras-chave: Física, ensino, conceito, transgressão, avaliação, professor, diálogo. I. Introdução As ciências da natureza fornecem elementos para que se possa entender melhor o mundo à nossa volta, sendo importantes para a construção de uma sociedade mais crítica e comprometida com o destino de todos os seres. Nessa área do conhecimento, os métodos que os cientistas utilizam para a obtenção e o tratamento de resultados são rigorosos e os mecanismos de controle de experiências permitem uma reprodução das mesmas em qualquer parte do mundo. Pelo fato de possuírem uma característica experimental, as ciências naturais podem investigar os fenômenos através de observações minuciosas, criar modelos teóricos que expliquem tais fenômenos e validá-los nos laboratórios e nas pesquisas de campo. Uma dada experiência que puder ser reproduzida em várias partes do mundo será ou não confirmada através da análise dos resultados encontrados. O conhecimento científico assim estabelecido deve ser socializado para que os saberes produzidos possam ser utilizados a serviço de reais melhorias para a população mundial. É de se lamentar que os interesses de grandes grupos econômicos se sobreponham ao bem-estar das pessoas, à medida que a produção de conhecimento científico é utilizada como instrumento de dominação. Percebe-se, neste contexto, que o objetivo da educação científica é, meramente, capacitar tecnicamente os futuros cientistas e não propiciar a construção de valores. A lógica parece ser: perde-se em humanidade, mas ganha-se em produtividade. Enquanto ato político, a educação escolar deve se opor a essa lógica da produtividade, primando pela construção de valores éticos, que são imprescindíveis à obtenção de uma sociedade igualitária. Os educadores têm a função de ressignificar a ética social e aplicá-la em sua área de conhecimento. O ensino das Ciências Naturais deve ser feito em plena conexão com toda essa dimensão sócio-política, pois a capacitação técnica é indissociável do desenvolvimento da sensibilidadede se aplicar ou não uma determinada tecnologia que, de alguma forma, pode ser nociva à natureza. Há concordância de que grandes momentos de progresso científico e tecnológico estão associados ao esforço de guerra. E quem são os estrategistas militares, os especialistas em criptografia responsáveis pela inteligência. os criadores de bombas e de bombardeiros? São os nossos ex-alunos em modelagem, em teoria dos jogos e probabilidades, em teorias dos números e em lógica, em física matemática. Em essência, são indivíduos que de nós aprenderam Ciências e Matemática, mas ao que parece, de nós não aprenderam nada de ética, de moral, de humanidade e de fraternidade (D' AMBROSIO, 1994, p.12). Vive-se em uma sociedade "light", onde tudo é relativizado; o homem é hedonista e seus anseios são guiados pela mídia. Nesse contexto, a Escola desempenha um papel fundamental, o de ser um local onde se desenvolve a formação humanista e integral das pessoas. Dessa forma, a linha de conduta de um verdadeiro educador deve ser calcada no estreitamento de relações com o aluno, criando um "pacto" de mútua cooperação. A maneira através da qual o aluno vê (em todas as suas dimensões) o professor é consequência direta da maneira como o processo educativo é conduzido. Uma conduta ética do professor desperta a confiança do aluno. E, como nos ensina o educador Paulo Freire: Não há pensar certo fora de uma prática testemunhal que o rediz em lugar de desdizê-lo Não é possível ao professor pensar que pensa certo, mas ao mesmo tempo perguntar ao aluno se sabe com quem está falando (FRElRE, 2000, p.38). O ensino de Física, em particular, deve permitir que os alunos, através de atividades propostas durante as aulas, tenham acesso a conceitos, leis, modelos e teorias que expliquem satisfatoriamente o mundo em que vivem, permitindo- lhes entender questões fundamentais como a disponibilidade de recursos naturais e os riscos de se utilizar uma determinada tecnologia que poderia ser nociva a algum ecossistema. O trabalho crítico do professor deve auxiliar ao aluno a construir uma mentalidade também crítica, questionadora, transgressora. Em uma palavra: libertária Além de crer na importância de seu trabalho como educador, o professor deve pautar toda a sua prática em uma discussão consistente a respeito da realidade, ser ético nas relações mantidas com todos os envolvidos no processo educativo e coerente em suas atitudes. Há várias concepções de ensino de física nos níveis fundamental e médio. No entanto, pode-se dicotomizá-las em conceitual e matematizada. Apesar de tal polarização representar uma simplificação da realidade, não se perde em precisão quanto aos objetivos básicos dos projetos de ensino de Física. A linha conceitual quer trabalhar, fundamentalmente, a compreensão de fenômenos físicos através da discussão, do debate e do enfrentamento de posições. Acredita-se que a utilização de fórmulas matemáticas pode auxiliar a quantificação dos fenômenos, mas que só deve ser utilizada a partir do momento em que os alunos compreenderem os conceitos envolvidos. Já a concepção matematizada dá grande ênfase às equações que permeiam a Física. Assim, o mais importante, nessa concepção, é a memorização de leis e fórmulas para a posterior aplicação na resolução de problemas. Imagina-se a Física como um conhecimento pronto que deve ser transmitido aos alunos. II. A supremacia das equações A utilização de um ensino de Física matematizado, em que as equações têm supremacia sobre os conceitos, desempenhou o seu papel em escolas pautadas pela repetição mecânica de conhecimentos, onde o professor era tido como o retentor das verdades científicas, e o aluno era concebido como mero receptor do conhecimento Físico estabelecido. Ao longo dos anos 60 e 70, por exemplo, as competências maiores de um aluno no campo da Física estavam relacionadas à resolução de problemas numéricos em que a dificuldade não estava centrada no conceito Físico e, sim, nas relações matemáticas exigi das, nas operações efetuadas e na criatividade (?) em desenvolver expressões algébricas para atingir resultados. Estas competências, ao serem desenvolvidas, propiciavam a criação de uma mentalidade pragmática em relação à Ciência que, até hoje, percebemos ser muito forte por parte de alguns alunos e de suas famílias. Além disso, a simples manipulação de equações sem o questionar/dialogar com a teoria Física associada não abre espaço para discussões mais elaboradas, não oportuniza o exercício da argumentação. Pelo contrário, Em nome de uma suposta essencialidade de se aprender certas coisas, que na maioria servem apenas para brutalizar o aluno e, se possível, imbecilizar o futuro adulto, não abrem espaço para o essencial na educação (D' AMBRÓSIO, 1994, p.14). Toma explicável que esta forma de ensino de Física predominou nos anos dos governos militares e ainda está presente em escolas que não pretendem ser libertárias. o que produz uma falsa ideia do que realmente seja a Física. Transformar a experiência educativa em puro treinamento técnico é amesquinhar o que há de fundamentalmente humano no exercício educativo: o seu caráter formador (FREIRE, 2000, p.37). Diante desta prática docente, resta ao aluno obedecer aos desígnios das fórmulas, calcular o que foi pedido (ordenado?) e apresentar resultados, em muito, desconectados da sua realidade. Quando o saudoso físico americano Richard Feynman visitou o Brasil, ele teve um contato com estudantes do ensino médio da cidade do Rio de Janeiro. Feynman ficou impressionado com a excelente capacidade que os alunos tinham de resolver problemas numéricos de Física. No entanto, ao serem indagados a respeito de fenômenos físicos cotidianos, os mesmos alunos não conseguiram estabelecer conexões entre as fórmulas matemáticas que sabiam de cor e o seu dia-a-dia. Havia, sem dúvida alguma, algo errado. III. Os conceitos é que mandam A concepção conceitual, por sua vez, se pauta em habilidades cognitivas que vão além da mera aplicação. Não se trata de negar a importância da Matemática ao desenvolvimento da Física. Ao contrário, quer-se ressignificar o seu raio de ação. Ou, como nos dizia o professor Pierre Lucie: Fujo, tanto quanto possível, do formalismo matemático... Cada dia mais. Não por teimosia idiota. Por convicção. Esclareço: não sou contra a matemática na Física. Seria tão imbecil como ser contra o tear mecânico na tecelagem. Conheço bastante a Física para saber que o formalismo matemático é uma linguagem, uma ferramenta indispensável. Mas cujo domínio deve suceder, e não anteceder, a percepção (LUCIE, 2000). No campo da análise de conceitos, leis, hipóteses e de todas as relações decorrentes, a construção dos conhecimentos deve ser feita mediante um diálogo constante entre todos os atores da prática educativa. Essa concepção de ensino entende o professor como mediador entre os vários saberes estabelecidos, cada qual com suas particularidades, fundamentações e campos de validade. São eles: saber do aluno (conceitos prévios), científico, escolar e social. Ao se estabelecer um diálogo permanente e dinâmico, o ensino de Física se faz, também, libertador e transgressor, porque questionador. A sala de aula passa a assumir uma conotação de fórum de debates, onde o choque entre os saberes citados não produz sobreposições ou superposições, mas, sim, desequilibrações, assimilações e acomodações. A aprendizagem pode assim, ser significativa e contextualizada. O trabalho de construção de conceitos valorizaos conhecimentos prévios dos alunos e parte deles para a construção de saberes mais sistematizados. Dessa forma, toma-se necessário um rigoroso diagnóstico para que o professor saiba de que ponto deve partir para conduzir a sua prática educativa em uma determinada turma. Pelo fato de se valer da realidade dos alunos, é impossível se estabelecer, nessa concepção, um roteiro padronizado para a aquisição de conhecimento pelos alunos. No entanto, é perfeitamente possível que todos os alunos, mesmo que através de caminhos diferentes, consigam construções dos mesmos conceitos, desenvolvendo, portanto, as mesmas competências e habilidades1. Trilhando caminhos específicos que propiciem transposições conceituais nos alunos, o professor estará liderando uma revolução conceitual. Muitos pesquisadores em Ensino de Ciências acreditam que a aprendizagem consistente de novos conteúdos requer 1 "Competências são as modalidades estruturais da inteligência. ou melhor, ações e operações que utilizamos para estabelecer relações com e entre objetos. situações. fenômenos e pessoas que desejamos conhecer. As habilidades decorrem das competências adquiridas e referem-se ao plano imediato do 'saber fazer' " (INEP. 2000, p.4). mudanças conceituais similares àquelas observadas nas revoluções científicas. Tais mudanças conceituais corresponderiam a um processo em que o indivíduo abandona concepções inadequadas do ponto de vista científico e as substitui por concepções cientificamente aceitáveis (BASTOS, 1998,p. 13). Saber Física passa a significar ter instrumentos conceituais para dialogar com o mundo em vários níveis, que vão desde um melhor entendimento de notícias científicas veiculadas pela média, até a capacidade de prever resultados de situações experimentais complexas, passando pela emissão de juízos de valor a respeito da utilização de uma dada tecnologia que pode agredir o meio ambiente e causar danos à humanidade. Nota-se, assim, que esta maneira de trabalhar a Física representa uma contribuição para a construção da cidadania, ajudando a formar pessoas críticas, reflexivas, com embasamento técnico para se posicionar e questionar posicionamentos diversos. Mais uma vez, bebemos na fonte de Paulo Freire: O educador democrático não pode negar-se o dever de. na sua prática docente. reforçar a capacidade crítica do educando. sua curiosidade. sua insubmissão. Uma de suas tarefas primordiais é I trabalhar com os educandos a rigorosidade metódica com que devem se "aproximar" dos objetos cognoscíveis. E esta rigorosidade metódica não tem nada que ver com o discurso "bancário, meramente transferidor do perfil do objeto ou do conteúdo. É exatamente neste sentido que ensinar não se esgota no "tratamento, do objeto ou do conteúdo, superficialmente feito, mas se alonga à produção das condições em que aprender criticamente é possível (FREIRE, 2000, p. 28- 29). O professor que pretende trabalhar nesta perspectiva deve estar preparado para transgredir, questionar e contrapor vários mitos a respeito do ensino de Física. É possível que enfrente questionamentos por parte dos pais dos alunos que foram formados à luz (?) da concepção matematizada e, portanto, acham que a Física se resume a um -grande -grupo de equações. Se assim fosse, qualquer computador de capacidade mediana conseguiria produzir mais do que vários Einsteins juntos. Os próprios currículos e vários livros didáticos ainda não estão em perfeita sintonia com essa nova concepção de ensino, enfatizando, em vários momentos, aspectos por demais matematizados em detrimento de uma discussão mais aprofundada da base conceitual da Física. Vamos analisar o trecho retirado de um artigo de Manoel Robilotta e Cezar Babichak. ...não somente o que falamos. mas também o que não falamos possui um significado. As lacunas, os não ditos, também exprimem ideias. E existem muitas lacunas na sala de aula. Se tomarmos os livros didáticos de física, que estão muito presentes na nossa atividade, e os analisarmos, veremos que há muitas coisas que eles não discutem. Isso faz com que nós, professores, não demos maior atenção aos mesmos assuntos. Por exemplo, no estudo da mecânica clássica, temos as três leis de Newton da dinâmica. Na sala de aula nós falamos um pouquinho da1a lei, a lei da inércia, e bastante das outras leis, principalmente da 2a lei. Por quê? Porque com a 2 a lei nós podemos fazer contas. Com a 1a lei isso não é possível. Então nós banalizamos a 1a lei. Mas com certeza Newton não a colocou em primeiro lugar por ingenuidade. Há uma razão para que ele tenha feito isso. E, se pararmos para analisar o significado das três leis de Newton, veremos que a 1a lei é muito mais importante que as outras, pois é nessa lei que está o conteúdo metafísico da teoria. É lá que diz com qual universo ele trabalha. As ideias de que existem espaço e tempo uniformes e suas propriedades estão todas contidas na 1a lei. Lá, Newton explicita o que é natural no mundo, o que não é explicado, o ponto de partida para desen1volver suas ideias. Na 2a lei ele fala de coisas forçadas, coisas que não são naturais ou espontâneas. (ROBILOTA e BABICHAK, 1997, p. 42-43). Podemos notar, ao ler o texto, como o ensino de Física pode ser conduzido para validar, de maneira muito sutil, estruturas de poder que nos são tão comuns. Dar ênfase à 28 lei de Newton significa mostrar que as situações forçadas são mais importantes do que as naturais, espontâneas. Os alunos acabam internalizando essa concepção e reproduzindo-a em várias esferas. Nas entrelinhas dessa prática docente, grita a voz da dominação que tenta ensurdecer nossos corações. Educadores de verdade devem se colocar em posição de alerta para sinalizar aos seus educandos todas essas sutilezas que permeiam o currículo escolar. Além disso, é de fundamental importância saber lidar com a transposição de poder para o aluno, o que irá acontecer em vários momentos. Se quisermos formar cidadãos é imprescindível que saibamos agir como cidadãos. Com a construção de uma discussão permanente em sala de aula, é possível evitar a repetição dessas estratégias de preservação e validação da estrutura social que produz dominados, escravos, fracassados e dasamados. IV. Diga-me como avalias... Há muitas variáveis envolvidas no processo educativo que podem influenciar a prática de um certo professor. Existem educadores que acreditam que o ensino de Física deve ser feito fundamentalmente no campo conceitual, mas que fazem parte de um sistema que exige um ensino tecnicista. Mesmo crendo na linha conceitual, eles são levados, em alguns momentos, a ter uma postura puramente matematizada para atender a pressões dos alunos (e suas famílias) que querem prestar exames de admissão em certas universidades, cujas provas são por demais matematizadas. Afinal, uma das funções da educação é a preparação para a vida e o vestibular faz parte dela. Temos outros professores que acreditam na concepção matematizada e, no entanto, posam de libertários. Utilizam o discurso para obscurecer urna postura que não seria bem aceita em certos meios. Toma-se importante a identificação de quem, de fato, acredita que a educação é libertadora daqueles que se valem do discurso para esconder o que realmente são. Ou, como nos diz o compositor Humberto Gessinger na canção intitulada “A verdade a ver navios”: “é muito engraçado que estejam do mesmo lado os que querem iluminar e os que querem iludir” (GESSINGER, 1988). Talvez não seja engraçado, mas, sem dúvida,
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