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UNIJUÍ - UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL PROGRAMA DE PÓS - GRADUAÇÃO MESTRADO EM EDUCAÇÃO NAS CIÊNCIAS A ABORDAGEM DA DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA EM LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO GRACIELA PAZ MEGGIOLARO Ijuí, março de 2012 GRACIELA PAZ MEGGIOLARO A ABORDAGEM DA DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA EM LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós- Graduação Stricto Sensu em Educação nas Ciências da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Educação nas Ciências - área de Física. Orientadora: Dra. Cátia Maria Nehring Ijuí/RS 2012 FICHA CATALOGRÁFICA ATA DA DEFESA “Eu não me envergonho de corrigir meus erros e mudar as opiniões, porque não me envergonho de raciocinar e aprender” Alexandre Herculano AGRADECIMENTOS Para a concretização desse ideal em minha vida, registro aqui a minha manifestação de amor e agradecimento: A Deus, a cada dia de vida; À minha orientadora, Dra. Cátia Maria Nehring, que desde a graduação vem me acompanhando nesta jornada. Muito obrigada, pelo exemplo de pessoa, que foi. Ao professor, Msc. Nelson Toniazzo, pelas leituras críticas; Aos professores, Dra. Maria Cristina Pansera de Araújo e Dr. Milton Antonio Auth. Pelas recomendações na qualificação, que enriqueceram esse trabalho. Aos Antepassados das famílias Meggiolaro, Machado, Paz e Reule. Aos meus pais, Genésio e Silvana, que permitiram que eu viesse a esse mundo, por terem me guiado nestes anos, pelas lutas, conquistas, cumplicidades e respeito. Eu amo vocês. Aos meus irmãos, Genesio Jr, Vanessa e Luiza, minhas relíquias. Ao meu companheiro, Fabiano, que sempre me apoiou, pelo incentivo, e a paciência. Ao meu amigo, Jonas, pelas horas que dedicou em corrigir e trocar ideias sobre a pesquisa. Às colegas e amigas, Andreia, Emanueli e Juliana, pelo incentivo nos momentos de angústias e as conversas sobre a pesquisa, conselhos e lições. A todos os que direta ou indiretamente contribuíram nesta pesquisa. RESUMO A Física, como ciência da natureza, não é algo acabado e nem imutável, pois nenhuma teoria é totalmente consistente, mas sim uma busca de interesses individuais e coletivos, na qual podemos provar, validar conceitos e teorias, na perspectiva de descrever a realidade e permitir a compreensão de fenômenos da natureza. A teoria da dualidade onda-partícula é uma representação dessa perspectiva, pois ao longo dos anos muitas foram as discussões em torno da luz, até que se chegasse à concepção atual. Essa pesquisa analisou a proposição da dualidade onda-partícula em três coleções de livros didáticos de Física, indicados no Catálogo do Programa Nacional do Livro para o Ensino Médio – Física, PNLEM/2009, por ser um instrumento dos professores no planejamento de suas aulas e por expressarem formas de socialização dos conceitos. Neste sentido, verificamos como é apresentado o conceito da dualidade onda-partícula nesses materiais. O referencial teórico foi constituído através de uma revisão da literatura sobre as controvérsias relativas a natureza da luz e, também, o papel do livro didático como instrumento de planejamento do professor. A metodologia da pesquisa foi baseada nas ideias de Moraes e Galiazzi (2007), referente à Análise Textual Discursiva – ATD, uma vez que a partir de fragmentos retirados dos livros didáticos, organizamos grupos de palavras-chave, por ordem de aproximação e de significados, que emergiram em categorias, que nos ajudaram na organização dos metatextos. Com base na análise buscamos identificar o conceito da dualidade onda-partícula através de fragmentos retirados dos livros didáticos. Os resultados apontaram que apenas duas coleções abordaram a teoria da dualidade onda-partícula, apresentada como um conceito totalmente novo. E no momento que fizemos a recorrência sobre os conceitos mais abordados, dessas duas coleções, verificamos que o livro didático prioriza as discussões da física clássica, ou seja, o modelo ondulatório da luz. Palavras-chave: Dualidade Onda-Partícula; Livro Didático; Física Moderna e Contemporânea. ABSTRACT The Physics, as a science of nature, it is not something unfinished and unchangeable, because no theory is totally consistent, but is the search of individual interests and collective, in which we can prove, valid some concepts and theories, at the perspective of describing the reality and allow the comprehension of nature phenomena. The duality theory wave-particle is a representation of this perspective, by the years along a lot of discussions about the light, until we found the present conception. This research analyzed the proposal of the duality wave- particle in three Physics didactics books, indicated in the Catalog of National Book Program to High School- Physics PNLEM/2009, because is an instrument of teachers in planning their classes and expressing ways of socializing concepts. In this sense, we verify how presented ths duality concept wave-particle in these materials is. The theorical reference were constituted through of the review of the literature about controversies related to light nature and, also, the paper of the didactic book as an instrument of the teachers planning The methodology of research was based in the ideas from Moraes and Galiazzi(2007), refers to the Discursive Analyzed Textual DAT, from the fragments of the didactics books, we organized a keyword group, in order from approximation and meanings , that comes in categories that helped us organizing the metatexts. Based in the analyze we search to identify the duality concept wave-particle through the fragments from the didactics books. The results pointed that just two collections approached the theory of duality wave-particle, presented as a totally new concept. At the moment that we have made this recurrence about the most approached concepts, from this two collections, we verify that the didactic book firstly gives the classical physics, or, the wave light model. Keywords: Duality, Wave-particle, Didactic book, Modern Phisics and contemporary; LISTA DE SIGLAS Análise Textual Discursiva - ATD Física Moderna e Contemporânea - FMC Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional - LDB Ministério de Educação - MEC Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio - PCNEM Programa Nacional do Livro Didático - PNLD Programa Nacional do Livro Didático para o Ensino Médio - PNLEM Projeto da Universidade de Colorado - PhET Rede Internacional Virtual de Educação - RIVED Sistema Estadual de Bibliotecas Escolares - SEBE LISTA DE FIGURAS Figura 1: Diagrama da experiência de dupla fenda de Young ................................................. 36 Figura 2: Representação de uma onda eletromagnética ........................................................... 37 Figura 3: Espalhamento de Raios X por um elétron ................................................................. 43 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Rol dos Livros Didáticos Utilizados na Pesquisa ..................................................... 47 Tabela 2: Totais de Fragmentos Localizados ...........................................................................48 Tabela 3: Fragmentos Coleção LD-1; Dualidade, Onda, Partícula, Onda-Partícula e Dualidade Onda-Partícula .......................................................................................................................... 50 Tabela 4: Fragmentos Coleção LD-2; Dualidade, Onda, Partícula, Onda-Partícula e Dualidade Onda-Partícula .......................................................................................................................... 51 Tabela 5: Fragmentos Coleção LD-3; Dualidade, Onda, Partícula, Onda-Partícula e Dualidade Onda-Partícula .......................................................................................................................... 52 Tabela 6: Coleção LD-1 ........................................................................................................... 58 Tabela 7: Coleção LD-2 ........................................................................................................... 58 Tabela 8: Coleção LD-3 ........................................................................................................... 58 Tabela 9: Conceitos Relacionados à Dualidade Onda-Partícula .............................................. 61 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 24 CAPÍTULO 1 – FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA ........................................ 19 1.1 Dimensão Epistemológica: Mudanças conceituais de percepção do mundo ........... 19 1.2 Física Moderna e Contemporânea na Escola ............................................................. 23 1.3 O Papel dos Livros Didáticos no Ensino de Física ..................................................... 26 CAPÍTULO 2 – O TEMA EM ESTUDO: AS CONTROVÉRSIAS SOBRE A NATUREZA DUAL DA LUZ ............................................................................................. 32 CAPÍTULO 3 – PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS E ANÁLISE DOS LIVROS DIDÁTICOS ........................................................................................................................... 46 3.1 Escolha e a Aquisição do Corpus da Pesquisa ............................................................ 46 3.2 Unitarização, Categorização e Organização do Metatexto ....................................... 47 3.3 Dualidade Onda-Partícula: Fenômenos Distintos para Explicar o Comportamento da Luz ................................................................................................................................... 54 3.3.1 Identificação e Apresentação da Dualidade Onda-Partícula nas Coleções............ 54 3.3.2 Dualidade Onda-Partícula e Conceitos Relacionados ............................................ 57 3.3.3 O Modelo Ondulatório e Corpuscular da Luz x Dualidade Onda-Partícula .......... 59 3.3.3.1 Luz ............................................................................................................................................... 61 3.3.3.2 Radiação ...................................................................................................................................... 64 3.3.3.3 Onda e Partícula (Fóton) ........................................................................................................... 73 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................. 86 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 89 APÊNDICES ........................................................................................................................... 94 INTRODUÇÃO Estamos inseridos em um contexto de rápida evolução tecnológica com grandes progressos da ciência, o que ocorreu devido ao aperfeiçoamento dos equipamentos de análises e à evolução do conhecimento científico, desenvolvidos ao longo dos anos, permitindo, assim, a evolução nos estudos e abrindo portas para todas as áreas do conhecimento. Mezalira afirma que “[...] a evolução do desenvolvimento científico e tecnológico influenciou a vida social, política, econômica e, fundamentalmente, as relações com o ambiente [...]” (2008, p.21), gerando benefícios ou prejuízos às pessoas. Os artefatos tecnológicos que surgiram mudaram comportamentos, ditaram regras e geraram expectativas e dúvidas. Um pequeno exemplo de sua influência no mundo social é o compartilhamento de arquivos pela Internet. A troca livre de arquivos de músicas digitalizadas, os temíveis mp3, causa prejuízos bilionários na indústria fonográfica mundial, obrigando-a a repensar toda sua estratégia de funcionamento. As pessoas que trocam gratuitamente seus arquivos pela rede sentem-se como “guerrilheiros”, rebeldes revolucionários lutando contra o domínio das imponentes gravadoras (BROCKINTON, 2005, p. 9). Ao mesmo tempo em que as tecnologias servem para benefício das pessoas, ocorrem esses pequenos problemas referente à exposição de informações e dados que facilmente podem ser clonados e compartilhados. Tendo consciência desses riscos, os indivíduos não imaginam, porém ficar sem a Internet, uma vez que a mesma é indispensável nas ações da sociedade atual, devido à praticidade e velocidade de trocas de informações. Inseridos em um século em que a agilidade das informações é imprescindível o sistema de troca de cartas via Correios foi abandonado pelas empresas devido à demora da entrega e do retorno, constituindo um caso de superação tecnológica. Outro artefato tecnológico, que promoveu mudança significativa na medicina, foi o equipamento de raios X. Com a sua descoberta, foi possível visualizar uma imagem radiográfica do corpo de um paciente, em poucos segundos, tornando um artefato de grande importância nos hospitais. Com o passar dos anos, e com o aprofundamento e desenvolvimento das pesquisas, foram construídos o Mamógrafo e, Medicina Nuclear. 13 Citamos apenas alguns exemplos de artefatos tecnológicos que podem ser explorados no Ensino de Física com a explicação/conhecimento sobre o funcionamento e evolução, o que, segundo Brockington, [...] não é possível ao cidadão comum (aquele não especializado nas áreas científicas e tecnológicas) entender o que realmente ocorre no interior de produtos dessas novas tecnologias: embora vivendo no século XXI, muitos se portam diante dessa nova realidade cotidiana, como os nativos diante dos utensílios dos europeus conquistadores. Faltam-lhes conhecimentos, capazes de permitir leituras do mundo tecno-virtual no qual vivem (2005, p.9-10). Podemos questionar, enquanto professores, o quanto seria significativo abordar em sala de aula os conceitos da Física que permitem entender o funcionamento dos artefatos tecnológicos, o qual faz parte do contexto do aluno, contribuindo para o aprendizado e a compreensão da área científica e tecnológica. Essas questões impõem um repensar sobre o nosso cotidiano e as relações com essas tecnologias, uma vez que nem sempre é possível de fato escolher o que é benéfico sem consequências negativas. As ações propostas pelos artefatos tecnológicos são muitas vezes automatizadas, sem reflexões (MEZALIRA, 2008, p.25). O professor, instigando a investigação do aluno em relação à tecnologia, estará aproximando esses artefatos tecnológicos do ambiente de sala de aula, permitindo que ocorra uma discussão sobre os conceitos e suas significações referentes ao conhecimento científico, pois “Tem-se muito ainda a ideia de que a ciência é única, a detentora de toda a verdade” (Idem, p. 24). Assim, é necessário permitir ao aluno a reflexão de que a ciência não é acabada e sim que está sujeita constantemente a reformulações. Com a preocupação de reorganizar o Ensino de Física no sentido de abrir caminhospara novos conhecimentos, voltados aos conceitos que envolvem a era tecnológica e a ciência, o PCN+(BRASIL, 2002) aponta sobre a atualização científico-tecnológica no ensino. Alguns aspectos da chamada Física Moderna serão indispensáveis para permitir aos jovens adquirir uma compreensão mais abrangente sobre como se constitui a matéria, de forma que tenham contato com diferentes e novos materiais, cristais líquidos e lasers presentes nos utensílios tecnológicos, ou com o desenvolvimento da eletrônica, dos circuitos integrados e dos microprocessadores (BRASIL, 2002, p.69). 14 O próprio PCN, organizado pelo governo, reforça a importância de desenvolver com os alunos os conceitos da Física Moderna, os quais irão possibilitar uma compreensão mais abrangente, do mundo tecnológico por eles vivenciado em seu cotidiano, sendo necessário à escola o papel de trabalhar com este conhecimento. É em sala de aula que o professor tem a oportunidade de discutir os princípios das leis físicas, problematizando as concepções, possibilitando, com isso, que eles tenham articulações entre a teoria e a prática, através da compreensão das situações do mundo. A Lei de Diretrizes e Base (LDB): nᵒ 9.394/96 na Seção IV - Do Ensino Médio, descreve que o estudante deve demonstrar, no final do Ensino Médio, o domínio dos princípios científicos e tecnológicos que possuem influência no cotidiano. As Orientações Curriculares, nessa direção, também enfocam essa necessidade com algumas advertências quanto à prática de escolas e professores. Devem-se assumir também as práticas como referências e formas de articular teoria e prática, pois, além das pesquisas científicas, fundamentais ou aplicadas, também as práticas domésticas, industriais, ideológicas, políticas e tecnológicas, bem como suas funções sociais, devem servir às escolhas didáticas. Busca-se proporcionar aos alunos a aquisição de elementos de compreensão e/ou manuseio de aparatos tecnológicos, de máquinas e dos processos de produção industrial e outras atividades profissionais. Essa pode ser uma forma de se entender a preparação para o trabalho da qual trata a Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional/1996 e as Diretrizes Curriculares Nacionais do Ensino Médio (BRASIL, 2006, p.46). Nesse sentido, o Ensino de Física na Educação Básica tem como um dos seus objetivos fazer com que o sujeito compreenda os fenômenos e o mundo tecnológico por ele vivenciado. E, na educação básica é possível fazer essa discussão sobre os aparatos tecnológicos através da tematização dos conhecimentos que estão envolvidos no processo de criação científica do século XX. Sobre a discussão da evolução das concepções dos conceitos no processo de criação científica, durante a graduação o que mais me instigava era a dualidade onda-partícula, pois me reportava para as lembranças do Ensino Médio e não recordava em qual momento havia estudado sobre a Física Moderna e Contemporânea. Não pretendo, com a pesquisa, deixar receitas para os demais professores, nem avaliar se os conceitos estão certos ou errados, 15 apenas pretendo compreender essa amplitude da Física Moderna e Contemporânea na educação e, mais especificamente, sobre a teoria da Dualidade Onda-Partícula. Nesse processo de investigação inicial sobre as pesquisas realizadas referentes à Dualidade Onda-Partícula, encontrei fundamentação teórica nas discussões de pesquisadores e filósofos como Montenegro e Pessoa Jr (2002); Kuhn (1997); Rocha (2002); Heisenberg (1987) e Brockington (2005). Com a preocupação da inserção da Física Moderna no ensino médio em uma escola da rede pública de São Paulo, Brockington (2005) organizou uma sequência didática na qual apresentou aos estudantes a dualidade onda-partícula. Iniciou discutindo os conceitos clássicos de ondas, partículas e eletromagnetismo, conceitos estes relacionados à Física Clássica, criando, assim, condições para introduzir o conceito de dualidade onda-partícula, apresentando a Física Quântica, fazendo com que o aluno percebesse diferenças epistemológicas e filosóficas entre os modelos. De modo semelhante, Alvarenga (2008) desenvolveu uma atividade extracurricular a partir da discussão do dualismo onda-partícula e outros conceitos da Física Moderna, na qual ele discutiu esses conceitos em sala de aula e, posteriormente, no laboratório de Informática, no projeto denominado de “Introdução à Física Moderna no Ensino Médio através da discussão do dualismo Onda-partícula”, debatendo a questão sobre se a luz é onda ou partícula. O objetivo era mostrar a relevância da Física na tecnologia atual. Sua proposta de pesquisa foi marcada pela introdução da teoria ondulatória e, em seguida, a teoria corpuscular a um grupo de alunos, levando-os a perceber que trabalhando de forma qualitativa com a descrição visual dos fenômenos da natureza da luz e definindo-a como onda, tal experiência servirá de ancora para trabalhar com os conceitos complexos no que tange à Mecânica Quântica, ou seja, o conceito da dualidade onda-partícula. O autor organizou um material didático expositivo para os alunos e professores, constituído por textos e simulações computacionais referente a experiências que caracterizam os fenômenos de caráter ondulatório e corpuscular da luz, como efeito fotoelétrico e a simulação da fenda dupla. Silva (2010), em sua pesquisa, explorou as controvérsias da luz do século XVII e XVIII, através de textos históricos com unidades didáticas, por trabalhar com uma forma diferente a Óptica voltada ao estudo em desenho de raios e ângulos, bem como o processo de visão, reflexão, refração, difração e interferência com alunos do Ensino Médio, além da introdução de elementos da História e da Filosofia da Ciência. Também organizou um júri 16 simulado através de debate coletivo sobre o que é a luz com os alunos, no intuito de tornar o conteúdo mais significativo, propiciando uma melhor aprendizagem sobre os fenômenos. O autor, porém, concluiu que o trabalho com os textos históricos em sala de aula revelou-se um obstáculo, pois os alunos não estavam acostumados a trabalhar com leituras. No que se refere à atividade do júri simulado, ele destaca que foi um momento de socialização e discussão dos diferentes pontos de vista dos alunos. Forato (2009) trabalhou, em sua tese, com a exploração da história e filosofia da ciência sobre teorias da Óptica, elaborando um curso-piloto através de materiais didáticos e atividades didáticas, desenvolvendo com um grupo de alunos do ensino médio, da cidade de São Paulo, através de episódios da história da luz para tratar aspectos epistemológicos na visão empírico-indutivista da ciência, com o objetivo de analisar a utilização da história da ciência na educação científica, e a transposição didática desses conteúdos. Um dos resultados refere-se ao intuito de contribuir na produção do conhecimento acadêmico e o uso da história e filosofia da ciência no ambiente escolar, com esses materiais didáticos na forma de sequências de atividades didáticas e textos de apoio para o professor, pois os resultados indicaram possibilidades de generalizações que podiam ser entendidas como parâmetros iniciais para a pesquisa com a história e filosofia da ciência na educação científica. Silva (2009) propôs estratégias de ensino através de atividades interativas no intuito de discutir e apresentar os conceitos de ondas e o comportamento ondulatório da luz, iniciando com a óptica ondulatória, com os fenômenos de reflexão, interferência e difração, tratando assim a óptica geométrica como um caso particular da óptica ondulatória. Concluiu que é possível iniciar o curso de óptica a partir da teoria ondulatória, pois os alunos verificaram a correspondência do comportamento de uma onda com o da luz. Melo (2010), em sua tese, analisou a história da ciência referente ao modeloondulatório, em que a visão mecânica de Huygens, através da versão de Traité de la Lumière (1690), sobre a formação conceitual da ideia de onda na física, quando explorou os potenciais didáticos do contexto da natureza da luz e a conceitualização científica ao interpretar a intencionalidade didática. Utilizou, para isso, textos e livros didáticos de física, observando a inserção, a exposição e o contexto histórico na presença de atividades, mas também com a análise de alguns livros didáticos do ensino superior em relação ao Princípio de Huygens. A autora concluiu que a física escolar ressignifica as ideias de Huygens referentes à interpretação do modelo ondulatório, com distorções históricas no caso de Huygens, e a sua 17 possível intencionalidade didática. De igual modo, também observou a ausência de propostas de atividades que envolvessem os episódios históricos, nos quais julgou insuficientes os propósitos didáticos tradicionais para o contexto da ondulatória na alfabetização científica, defendendo que, na contextualização histórica, o estudante pode se deparar com as dificuldades dos cientistas, com conceitos incipientes, com ideias vagas que, mesmo equivocadas, revistas e/ou ressignificadas, desempenharam papel fundamental na conceituação atual. Por fim, concluiu que a história da ciência não é vista como mais um conteúdo de ensino, ponto de vista que, muitas vezes, dá origem às imagens deformadas da ciência e outras distorções como algumas presentes nos textos didáticos. As pesquisas, envolvendo a discussão da dualidade onda-partícula, expressam a importância de se estar discutindo o ensino de física no ensino médio, seja ela, voltada somente para o modelo ondulatório, ou a dualidade onda-partícula. Algumas com a elaboração de materiais didáticos e aplicação em sala de aula, com o objetivo de promover situações de ensino voltadas à natureza da luz, e outros com análises de materiais didáticos, referentes à contextualização histórica. Essas pesquisas ajudaram a organizar e delimitar nossa temática, pois compreendemos que o estudo sobre a natureza da luz é de extrema importância no ensino médio, considerando as discussões filosóficas e epistemológicas. Delimitamos, então, a pesquisa com a seguinte problemática: O livro didático de Física no Ensino Médio, sendo um dos principais instrumentos didáticos dos professores no planejamento de suas aulas, aborda a teoria da dualidade onda-partícula? E, se aparece, quais são os conceitos mais utilizados nas coleções? Esses conceitos estão relacionados com a teoria da dualidade onda-partícula? Assim, o objetivo geral desta investigação consiste em verificar de que forma a dualidade onda-partícula é abordada em coleções de livros didáticos de Física, indicados no Catálogo do Programa Nacional do Livro para o Ensino Médio – Física, PNLEM/2009, explicitando a sua apresentação, com possibilidade de contribuir no processo de repensar a Física Moderna e Contemporânea trabalhada no Ensino Médio. A partir do objetivo geral, os objetivos específicos são: 18 Buscar, através de uma análise conceitual, as controvérsias sobre a natureza da luz com ênfase na dualidade onda-partícula, para compreender como está sendo apresentado nos livros didáticos de Física; e Através dos critérios de análises estabelecidos na metodologia, verificar nos livros didáticos a apresentação da teoria da dualidade onda-partícula, voltada à discussão da Física Moderna e Contemporânea. Com a conclusão desses objetivos, esperamos contribuir com o conhecimento sobre a dualidade onda-partícula para o entendimento epistemológico e filosófico dos conceitos relacionados à natureza da luz. A dissertação está dividida da seguinte forma: - Primeiro capítulo, propomos uma discussão sobre a Física Moderna e Contemporânea, especificidades, novas concepções e entendimentos sobre o mundo com um olhar filosófico e, em seguida, estendemos à sua inserção na educação, frente à posição de documentos oficiais e à importância do livro didático no contexto do professor e do aluno. - Segundo capítulo, efetuamos uma revisão bibliográfica sobre as concepções da natureza da luz guiadas pelo contexto histórico e epistemológico, enfatizando a discussão nas teorias elaboradas pelos filósofos sobre o modelo ondulatório e corpuscular da luz. - Terceiro capítulo, discorremos sobre a metodologia usada na pesquisa, baseada na Análise Textual Discursiva de Moraes e Galiazzi (2007), a qual nos permitiu organizar grupos por ordem de aproximação e de significados através de palavras-chave: dualidade; onda (onda; onda eletromagnética); partícula (partícula; fóton); onda-partícula e dualidade onda- partícula, com as categorias apresentamos as análises através dos metatextos. A teoria da dualidade onda-partícula é parte fundamental da Física Moderna e Contemporânea, uma vez que, em torno dela, está todo um descobrimento tecnológico, histórico e epistemológico. 19 CAPÍTULO 1 – FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA Neste capítulo, efetuamos a discussão sobre a evolução do pensamento científico e as mudanças nas concepções da Física, em relação à Física Clássica, à Moderna e à Contemporânea – FMC. Neste sentido, levantamos a discussão sobre a FMC no contexto escolar, já que este estudo propicia ao sujeito o contato com as potencialidades em relação ao desenvolvimento da humanidade, estabelecendo vínculos com o cotidiano tecnológico atual. Também apresentamos a discussão do papel do livro didático no Ensino de Física, já que o livro didático é um instrumento que pode ser utilizado pelo professor como um suporte para o planejamento de sua aula e pelos alunos como um aprofundamento de conhecimento voltado à aprendizagem. 1.1 Dimensão Epistemológica: Mudanças conceituais de percepção do mundo A preocupação em entender, descrever e discutir as manifestações da natureza com os seus detalhes, de modo que expresse o observado, já possui uma longa caminhada na história da ciência e da filosofia, uma vez que os homens contribuíram para a evolução do conhecimento científico. Grandes são as contribuições de estudiosos e desbravadores de conhecimentos através de determinação de modelos, teorias e leis. As observações da natureza e a vontade de chegar tão perto da explicação do observado enriqueceram a ciência, abrindo portas para importantes invenções, baseadas constantemente nos conhecimentos internalizados e complementados ao longo dos anos de análises e estudos. A Física, como a ciência da natureza, não está acabada nem imutável, pois nenhuma teoria é totalmente consistente, mas sim uma busca de interesses individuais e coletivos. Com isso, podemos provar, validar conceitos e teorias, descrevendo a realidade e permitindo uma compreensão de fenômenos da natureza. O estudo da Física passou a ter destaque há três séculos, período em que as leis da mecânica clássica estavam sendo corroboradas pelos estudiosos. Essas leis descreviam os 20 fenômenos relacionados com os movimentos de grandes massas e posições, sendo válidas para o mundo macroscópico. Porém, essa moldura extremamente rígida, com os conceitos fundamentais da Física Clássica, chegou ao fim (HEISENBERG, 1987), a partir do século XIX, desencadeando uma instabilidade na comunidade científica, com novos questionamentos sobre as leis e teorias. As mesmas foram confrontadas, acarretando uma grande revolução nas concepções da ciência. Esses questionamentos levaram em consideração o fato de que as leis que já estavam bem enraizadas não conseguiam descrever as partículas de alta velocidade. A discussão estava voltada, à origem do universo e sistemas físicos microscópicos. Essa ruptura ocorreu em dois estágios distintos. O primeiro foi a descoberta feita na teoria da relatividade que mesmo conceitos fundamentais, como espaço e tempo poderiam sermodificados [...]. O segundo estágio consistiu na discussão a respeito do conceito da matéria, que foi imposta por resultados experimentais acerca da estrutura atômica (HEISENBERG, 1987, p.149). Como, por exemplo, a dinâmica de Newton, da Física Clássica, e a Teoria Geral da Relatividade de Einstein, da Física Moderna, denominada por Kuhn como sendo uma mudança de paradigma 1 . “Guiados por um novo paradigma, os cientistas adotam novos instrumentos e orientam seu olhar em novas direções” (KUHN, 1997, p.145). Essa mudança de paradigma significa uma transição do velho paradigma para um novo que possui uma (re)construção de métodos, instrumentos e aplicações. No entanto, [...] está longe de ser um processo cumulativo obtido através de uma articulação do velho paradigma. É antes uma reconstrução da área de estudos a partir de novos princípios, reconstrução que altera algumas das generalizações teóricas mais elementares do paradigma, bem como muitos de seus métodos e aplicações (KUHN, 1997, p.116). Parecerá que existe coincidência entre o antigo e o novo paradigma, mas “haverá igualmente uma diferença decisiva no tocante aos modos de solucionar os problemas” (KUHN, 1997, p.116). “Decidir rejeitar um paradigma é sempre decidir simultaneamente aceitar outro” (KUHN, 1977 apud OSTERMAN, 1996, p.8). 1 São “realizações científicas universalmente reconhecidas que, durante algum tempo, fornecem problemas e soluções modelares para uma comunidade de praticantes de uma ciência” (KUHN, 1997, p. 13). 21 Kuhn considera essa transição como sendo uma revolução científica na qual são “[...] episódios de desenvolvimento não-acumulativo, nos quais um paradigma mais antigo é total ou parcialmente substituído por um novo, incompatível com o anterior” (1997, p.125). Esses novos paradigmas que compõem a Física Moderna e Contemporânea – FMC, também conhecida como Física Quântica, possibilitaram uma nova visão do mundo, criando infinitas possibilidades de evolução. Sua linguagem é mais complexa, pois, para a teoria quântica, [...] não se tem, de começo nenhum critério simples para se correlacionar os símbolos matemáticos aos conceitos da linguagem quotidiana; e a única coisa que sabemos, como ponto de partida, é que os conceitos comuns não são aplicáveis ao estudo das estruturas atômicas (HEISENBERG, 1987, p.134). Segundo a interpretação de Copenhague da teoria quântica, “qualquer experiência em física, refira-se ela a fenômenos da vida comum ou a eventos atômicos, tem que ser descrita na terminologia da física clássica” (HEISENBERG, 1987, p.39), devido à linguagem na qual são descritos e enunciados os resultados. Esse paradoxo pode ser compreendido da seguinte forma: Na mecânica newtoniana, por exemplo, podemos começar pela medida da posição e velocidade do planeta cujo movimento queremos estudar. O resultado da observação feita é traduzido matematicamente com auxílio dos valores numéricos que a experimentação revelar. (HEISENBERG, 1987, p.39). Esses valores numéricos são possíveis de prever, como o tempo, futuras coordenadas e o momento linear do instante exato em que ocorrerá um eclipse na lua. Já, na FMC, ocorre diferente ao determinar a posição e velocidade inicial de um elétron, pois “essa determinação, todavia, não seria precisa; ela traria consigo, pelo menos, as imprecisões que derivam da correspondente relação de incerteza e, provavelmente, ainda erros maiores devido às dificuldades da técnica experimental utilizada” (HEISENBERG, 1987, p.39). Porém, para determinar a função de probabilidade do instante inicial de um elétron, as leis quânticas nos dariam subsídios pouco precisos. Uma diferença entre a Física Clássica e Moderna está relacionada ao tratamento das grandezas físicas. Na Física Clássica, trabalhamos com grandezas grandes, com massas que podemos visualizar. Já, na Física Moderna, é trabalhado com o mundo microscópico. Como exemplo, na Física Clássica o estado de uma partícula de massa m, possui números que 22 descrevem a posição e a velocidade; já, na Física Moderna, a determinação do estado de um objeto é complexa e diversa, dependo da interpretação da teoria (CHIBENI, 2001). A luz também foi uma questão conceitual e desafiadora devido à discussão da sua natureza. A teoria em que ela possui um comportamento ondulatório foi comprovada por experiências realizadas por Young, e outros. Tendo, uma maior aceitabilidade, com os trabalhos de Maxwell devido aos estudos sobre as radiações, em que elas também são ondas eletromagnéticas. E, com os novos questionamentos sobre os acontecimentos que estavam ocorrendo no início do século XX referente à Radiação Térmica, descoberta feita por Planck, iniciou-se uma caminhada com um grande progresso científico. A natureza da luz foi novamente rediscutida por Einstein em seu experimento sobre o efeito fotoelétrico com a discussão em que a luz possuía comportamento similar ao de partículas, apresentando, assim uma natureza dual (ROCHA, 2002). Einstein não desprezou a natureza ondulatória da luz, porque ele sabia que os fenômenos de difração e interferência só podiam ser explicados pelo modelo ondulatório (HEISENBERG, 1987). Porém, nem a teoria ondulatória e nem a corpuscular explicam sozinhas os aspectos e comportamentos da radiação luminosa observados na natureza, porque, em determinadas circunstâncias, elas se comportam como onda e em outras como partícula. Esta radiação apresenta propriedades ondulatórias como difração, interferência e polarização e, em outras situações, comporta-se com feixe de partículas (WEBBER, RICCI, 2007). A dualidade onda-partícula, como ficou conhecida, não era apenas uma característica da luz. Segundo Jammer (1966, apud BROCKINGTON, 2005, p.44), “[...] em 1924, Louis de Broglie introduz a idéia da ‘dualidade onda-partícula’, propondo a existência de uma onda fictícia que acompanharia o movimento de qualquer corpo, tornando indissociável a propagação da onda do movimento do corpo”. Logo, um elétron ou um fóton, em certas situações experimentais, pode ser encarado ou como partícula, ou como onda, sendo praticamente impossível preparar uma situação experimental que exiba simultaneamente esses dois aspectos, segundo Zeilinger Estava, assim, instaurada a indisposição entre os físicos, visto que era necessária a utilização de duas concepções antagônicas e inconciliáveis para luz, a ondulatória e a corpuscular, para a explicação da totalidade dos fenômenos. Esse mal-estar gerado pela dualidade onda-partícula acompanharia a “Velha Física Quântica” (1900-1924) até à considerada “Verdadeira Mecânica Quântica” (1925-1927). A natureza dual da 23 luz é a raiz de quase todos os problemas filosóficos e epistemológicos relacionados à teoria mais poderosa e bem-sucedida inventada pelo homem para a descrição da natureza (1999 apud BROCKINGTON, 2005, p.41). A teoria corpuscular não anulou a teoria ondulatória. Os dois modelos são válidos, pois a luz ao interagir com a matéria, ora se comporta como onda, ora como partícula. O que definirá qual será apropriado ao fenômeno em questão, pois, para os fenômenos de reflexão, refração, interferência, difração e polarização, a teoria ondulatória dará conta de explicar, e a explicação dos fenômenos de emissão e absorção caberá à teoria corpuscular. Essa nova visão de mundo também nos remete a compreender como funciona o mundo da estrutura básica da matéria. Analisamos as técnicas de visualização que antes utilizavam lentes e microscópios óticos, o que já era uma grande descoberta, e, agora, possuímos a tecnologia de métodos de visualização, baseados em feixes de íons ou de elétrons e microscópios de sonda. Graças à invenção do microscópio de tunelamento (STM), passou a ser possível não só ver, mas, medir e manipularátomos ou moléculas. A invenção do STM desencadeou o desenvolvimento de uma grande variedade de microscópicos de varredura por sonda (SPM) tais como o microscópio de força atômica (AFM), o microscópio de força magnética (MFM), o microscópio de força eletrostática (EFM), o microscópio ótico de campo próximo (SNOM), e todos os derivados. O principal componente de um SPM é o sensor, com o qual consegue-se sondar as amostras e obter as imagens com magnificações muito altas, de forma tal que podem ser medidas distâncias com resolução de até 0,1 ângstrom (1Å=10-10 m) (DUARTE, 2010, p.2). Outra medida em pequena escala que também é muito mencionada é a nanotecnologia (10 -9 m em “nano”), com grandes aplicações em medicamentos, cosméticos e dispositivos sensoriais. Essas descobertas dos conceitos que envolvem a FMC trouxeram importantes contribuições para os dias de hoje, pois o princípio do nosso desenvolvimento científico e tecnológico está diretamente envolvido com o mundo microscópico. 1.2 Física Moderna e Contemporânea na Escola A escola, enquanto instituição educativa, tem por finalidade trabalhar os conhecimentos socialmente institucionalizados, levando o aluno a obter compreensão sobre a 24 tecnologia que temos a partir do século XX, desde que o professor explore e trabalhe em sala de aula os fenômenos relacionados à tecnologia, juntamente com a discussão dos conceitos de FMC. Surge, nas escolas, a necessidade de desenvolverem com os alunos os conceitos e processos da ciência, através da chamada “alfabetização científica” com a necessidade de se discutir nas aulas de ciência, a ciência do conhecimento e a natureza da ciência, sendo necessário para a formação do cidadão e para a sua compreensão do mundo (BROCKINGTON, 2005). Não temos dúvida de que o ensino da Física por meio de uma abordagem que considera o papel da tecnologia é fundamental. Tem-se, ao tratar o conteúdo teórico a partir de situações retiradas do dia-a-dia do aluno, uma maior possibilidade do estabelecimento de vínculos com o seu cotidiano (Idem, p. 19). O professor, utilizando das suas estratégias de ensino, considerando o papel da tecnologia, propiciará ao sujeito o contato com as potencialidades em relação ao desenvolvimento da humanidade, estabelecendo vínculos com o cotidiano, pois os conhecimentos da FMC, sendo compreendidos, possibilitarão aos alunos a interpretação de fenômenos complexos. O uso do computador em sala de aula através de softwares educativos ou materiais institucionais é uma ótima metodologia no sentido de ajudar o aluno na aprendizagem, favorecendo a compreensão de fenômenos que somente são possíveis serem visualizados através de instrumentos apropriados e raramente disponibilizados nas escolas. Esse material conhecido como Objetos de aprendizagem, pode ser confeccionado pelo professor, ou adquiridos em sites disponíveis como RIVED (Rede Internacional Virtual de Educação), e PhET 2 (Projeto da Universidade de Colorado) permite explorar fenômenos de interferência, efeito fotoelétrico entre outros. Nos documentos oficiais, como a Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional – LDB (BRASIL, 1996) e os Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio – PCNEM (BRASIL, 2002), discute-se a importância da inserção dos conceitos de FMC na Educação Básica. O Artigo 36 da LDB (Lei 9394/96) tem como diretriz que o currículo do ensino médio 2 Fonte: http://phet.colorado.edu/pt_BR/ http://phet.colorado.edu/pt_BR/ 25 “[...] destacará a educação tecnológica básica, a compreensão do significado da ciência [...]”, o que nos permite complementar dizendo que, “[...] assim o aprendizado de Física deve estimular os jovens a acompanhar as notícias científicas, orientando-os para a identificação sobre o assunto que está sendo tratado e promovendo meios para a interpretação de seus significados” (BRASIL, 2000, p. 27). Conforme a LDB e os PCNEM, trabalhar em sala de aula com os assuntos da atualidade instiga o aluno ao conhecimento científico, estimulando a compreensão sobre a ciência, interligando-a com a realidade e a aula será mais atrativa. Há muitas justificativas na literatura que nos permitem lançar uma hipótese: há uma tendência nacional e internacional de atualização dos currículos de Física no Ensino Médio. No entanto, ainda é reduzido o número de trabalhos publicados que encaram a questão sob a ótica do ensino e, mais ainda, os que buscam colocar, em sala de aula, propostas de atualização (OSTERMANN e MOREIRA, 2001, p.135). Garcia e Silva (2009) realizaram uma pesquisa sobre a proposta de ensino referente à inserção da FMC no ensino médio, analisando produções a partir de 2002. Organizando em áreas como: a Teoria da Relatividade, Mecânica Quântica, Física de Partículas e Supercondutividade, verificando, que a metodologia estava voltada a utilização da História e Filosofia da Ciência. Também verificaram que existe um número significativo de trabalhos voltados à Teoria da Relatividade, e apenas um trabalho na área de partículas e supercondutividade, constatando que existe uma grande carência de trabalhos na área de FMC no currículo escolar. Porém, desde o ano de 2002, a Sociedade Brasileira de Física tem motivado os interessados a publicarem artigos sobre a FMC. Em 2003, organizaram uma série de livros direcionados aos professores de física referente à abordagem da FMC, com o objetivo de desenvolver o ensino de física e a física nos anos de 2005 a 2015. Mas a intenção de introduzir a FMC está longe de ser concretizada e, ainda, permanece no imaginário dos professores (SALES, VASCONCELOS, CASTRO FILHO, PEQUENO, 2009). Mesmo que na FMC muitos dos seus temas não tenham aplicação direta, pode-se trabalhar focando os processos da ciência com seus problemas e questionamentos, discutindo questões fundamentais das teorias e suas relações com a realidade, levando os alunos a ter a satisfação intelectual em compreender esses assuntos (BROCKINTON, 2005). 26 Pode-se pensar também na importância de se compreender o desenvolvimento histórico da tecnologia nos mais diversos campos e suas conseqüências para o cotidiano e as relações sociais de cada época, identificando como seus avanços foram modificando as condições de vida e criando novas necessidades, como no caso da evolução dos meios de comunicação, a partir da compreensão das características das ondas eletromagnéticas, do telégrafo ao celular via satélite (BRASIL, 2006, p.64). Com a compreensão do desenvolvimento histórico e tecnológico em relação aos avanços e evoluções em sala de aula, o estudo pode ser aprofundado destacando o modelo científico na sua construção, com enfoque filosófico, mostrando que não é um método único e fechado. Um exemplo é o estudo da óptica do século XVII e o avanço dos instrumentos da óptica do século XXI. A discussão da natureza da luz referente à dualidade onda-partícula no contexto escolar, não deve ser trabalhada isoladamente, é necessário que os conhecimentos estejam articulados para que o ensino seja de qualidade, e os livros didáticos de Física são um bom recurso para mediar esses conceitos. 1.3 O Papel dos Livros Didáticos no Ensino de Física O livro didático é um instrumento que pode ser utilizado pelo professor como um suporte para planejamento de sua aula e para os alunos como um suporte de conhecimento voltado à aprendizagem. [...] O livro didático é instrumento específico e importantíssimo de ensino e de aprendizagem formal. Muito embora não seja o único material de que professores e alunos vão valer-se no processo de ensino e aprendizagem, ele pode ser decisivo para a qualidade do aprendizado resultante das atividades escolares (LAJOLO, 1996, p.4). Para que realmente o livro seja um bom material didático referente ao processoensino-aprendizagem, “[...] a qualidade dos conteúdos do livro didático — informações e atitudes — precisa ser levada em conta nos processos de escolha e adoção do mesmo, bem como, posteriormente, no estabelecimento das formas de sua leitura e uso” (Idem, p.7), “A elaboração do livro didático está diretamente ligada à própria escola, como instituição 27 responsável pela formação dos alunos, através dos saberes indispensáveis para o conhecimento de sua cultura e realidade sócio-econômica” (CRUZ, 2007, p.32). Segundo Choppin (2004), os livros didáticos assumem quatro funções essenciais: Função referencial, também chamada de curricular ou programática, na qual o livro é um suporte dos conteúdos educativos; Função instrumental, como método de aprendizagem que facilita a memorização dos conhecimentos e apropriação de habilidades; Função ideológica e cultural como instrumento da construção de identidade, e, por último, a Função documental, em que pode fornecer um conjunto de documentos textuais, cuja observação ou confrontação podem vir a desenvolver o espírito crítico do aluno. Associando à função ideológica descrita por Choppin, o pesquisador Romanatto defende que o Livro Didático deveria Tratar o conceito por meio de sua história, mostrando que em seu desenvolvimento sempre está presente a resolução de um problema, ora prático, ora especulativo. A abordagem dos problemas científicos deveria ser feita, pois, na ordem histórica. A dificuldade que a humanidade teve para construir uma disciplina será, talvez, a mesma que o aluno sentirá ao iniciar a sua aprendizagem. Os estudos de psicologia genética mostram que há indícios de que o processo seja assim. Não se trata de recapitular o passado, mas de compreender a gênese do conhecimento (2004, p. 8-9). Também acreditamos que esse material possa ter relação com a história, para que assim ocorra um maior entendimento dos conceitos descritos, ajudando-o no processo de aprendizagem. Nesse sentido, Gonçalves faz uma pesquisa com professores de matemática, nos quais analisa a utilização do livro didático no ensino e conclui que um bom livro [...] deve ser atrativo aos olhos dos alunos, para isso deve ter uma boa apresentação, trazendo os conteúdos de forma objetiva, com uma linguagem de fácil compreensão, letras em tamanho adequado, com exemplos e ilustrações em quantidade satisfatória,com o propósito de promover o aprendizado, exercícios que trabalhem o conteúdo em questão de forma variada e, finalmente, recursos que auxiliem o professor em sua prática docente, com sugestões de atividades práticas e instrumentos avaliativos diferenciados ( 2007, p.23). O livro precisa satisfazer a todos, sendo atrativo aos olhos dos alunos e promovendo o aprendizado, auxiliando o professor em sua prática. Garcia e Silva (2009) destacam, em sua pesquisa, que para os alunos o que mais chama a atenção no livro de Física é que a matéria 28 seja bem explicada por desenhos e esquemas. Além do professor e do aluno, outro consumidor é o Estado. Do ponto de vista do uso, há três categorias de usuários ou consumidores do livro didático: o Estado, que compra o livro, o professor, que o escolhe e o utiliza como instrumento de trabalho em suas aulas, e, finalmente, o aluno que tem, no livro, o material considerado indispensável para seu aprendizado nesta ou naquela área do conhecimento, num ou outro nível de formação (FREITAG, MOTTA e COSTA, 1987, p.79). Vamos discutir essas três perspectivas de categorias dos usuários. A primeira, o Estado, e, na sequência, o professor e o aluno, com o intuito de compreendermos a relação que esse material exerce em cada categoria. A partir dos anos de 1930, os livros didáticos passaram a ter uma trajetória significativa no Brasil, pois o Estado passou a adotar políticas de controle sobre eles. (SILVA, 2010). O Ministério de Educação – MEC criou, a partir de 1985, o Programa Nacional do Livro Didático – PNLD, e, em 1996, publicou o Guia Nacional do Livro Didático do Programa Nacional do Livro Didático – PNLD voltados aos livros de ciências do Ensino Fundamental, cujo critério de análise era a correção conceitual. Em 2005, além das correções conceituais, passaram a ser analisadas as articulações pedagógicas nas coleções. O programa distribuiu os livros de português e matemática e língua espanhola no ano de 2006; em 2007, os de biologia; em 2008, os de história e química e em 2009, os livros de geografia e física. Atualmente, a avaliação dos livros didáticos continua ocorrendo em todas as áreas, de forma a ser selecionadas ao encontro do edital das respectivas, de modo a selecionar as obras que vão ao encontro de editais lançados no ensino médio. As análises das seleções são disponibilizadas aos professores das escolas para selecionar os livros que serão distribuídos gratuitamente para a rede pública. Em 2005 foi criado o Programa Nacional do Livro para o Ensino Médio - PNLEM que também se estrutura a partir de um Guia que expressa o resultado da avaliação dos livros didáticos de português, matemática, história, química, geografia, biologia e física. Por exemplo, no catálogo de Física, está indicada uma relação de livros didáticos da área, com comentários, síntese avaliativa, sumário e análise da obra e recomendações aos professores. Também são apresentados os princípios e avaliações dos critérios comuns de cada obra sendo de duas naturezas: eliminatórios e de qualificação. O catálogo serve como orientação para o 29 professor escolher um dos seus instrumentos de trabalho, auxiliando na sua prática pedagógica. “No âmbito do PNLEM, a avaliação das obras didáticas baseia-se, portanto, na premissa de que a obra deve auxiliar os professores na busca por caminhos possíveis para sua prática pedagógica” (BRASIL, 2008, p.11). As obras relacionadas no Catálogo do Programa Nacional para o Livro do Ensino Médio – Física PNLEM/2009 são a base empírica para a seleção dos livros didáticos do Ensino de Física desta pesquisa. Esses livros foram distribuídos para serem utilizados em sala de aula e auxiliarem o professor e o aluno com a representação de concepções de ensinar física, considerando conceitos a serem trabalhos e metodologias de ensino. Os livros didáticos elencados no Catálogo já haviam sido pré-selecionados, tendo atendido aos critérios de qualidade estabelecidos pelo MEC, razão pela qual a análise sobre a dualidade onda-partícula efetivar-se-á em obras avaliadas por uma equipe de especialistas da área da Física. Nessas condições, tais livros devem atender aos critérios e requisitos de um instrumento a serviço da Educação Nacional e, também, [...] é de fundamental importância que as obras didáticas contribuam significativamente para a construção da ética necessária ao convívio social e ao exercício da cidadania; considerem a diversidade humana com eqüidade, respeito e interesse; respeitem a parcela juvenil do alunado a que se dirigem (BRASIL, 2008, p. 14). Este material necessita, portanto, retratar com respeito a diversidade humana, levando em consideração a realidade do aluno e cada região do Brasil, correspondendo às expectativas do professor em relação ao conteúdo, à forma e às finalidades desse instrumento auxiliando na ação didática pedagógica. É preciso ser críticos em relação a esse instrumento, e não entrar na zona do comodismo. O caso é que não há livro que seja à prova de professor: o pior livro pode ficar bom na sala de um bom professor e o melhor livro desanda na sala de um mau professor. Pois o melhor livro, repita-se mais uma vez, é apenas um livro, instrumento auxiliar da aprendizagem (LAJOLO, 1996, p.8). Esse instrumento auxiliar da aprendizagem precisa ser repensado pelo professor em seu planejamento, para que seja um instrumento de trabalho docente e que faça o aproveitamento adequado em salade aula, pois cabe ao professor direcionar o estudo em sala 30 de aula, conduzindo assim o aluno à aprendizagem. O conhecimento escolar irá avançar no momento da interação entre o saber que se traz do mundo e o saber trazido pelos livros. O professor precisa planejar em relação aos conteúdos e comportamentos que ele trabalha, no processo de seleção do livro didático (LAJOLO, 1996). O livro didático adotado na escola, portanto, precisa interagir com o aluno, estabelecendo um diálogo. Porém, “com frequência, os livros didáticos diluem fontes de conhecimento, simplificam-nas para torná-las acessíveis à compreensão do aluno. E raros são aqueles que o fazem com competência” (ROMANATTO, 2004, p.1). A decisão da sua utilização ou não em sala de aula está nas mãos do professor, que precisa contemplar com esse material as seguintes competências: a) o desenvolvimento da habilidade de ler com compreensão, rapidez, espontaneidade e segurança; b) a utilizar-se da leitura como fonte de informação e aperfeiçoamento cultural; c) a utilizar-se da leitura como fonte do lúdico e da recreação, como ocupação das horas de lazer e d) a expressar-se eficientemente (Idem, p.4). Nas análises de Freitag, Mello e Costa (1987), sobre os livros didáticos e a relação com os alunos, conclui-se que existem poucas pesquisas referentes ao livro voltadas ao aluno, mas enfatizam “que os livros didáticos, destinados para as crianças, desconhecem essa criança” (p.93). Elas afirmam que os alunos são pouco motivados e estimulados na utilização desse material. Ferreira e Selles (2002) também apontam que o livro didático de Física tem sido objeto de investigação em relação ao estudo de conteúdos referentes à forma de apresentação, assunto, senso comum dos alunos e erros conceituais, ressalvando que o estudo sobre o uso do material didático utilizado pelo professor é pouco abordado. Mas, voltados à utilização desse material em sala de aula, Garcia e Silva (2009) realizaram sua pesquisa no ano de 2009, ano em que o PNLEM distribuiu gratuitamente os livros de Física nas escolas. A pesquisa foi realizada com 60 alunos do Ensino Médio do terceiro ano, através de um questionário para verificar o que os alunos pensavam sobre o livro didático. Os resultados da pesquisa indicaram que os alunos utilizam o livro através de trabalhos, exercícios e questionários e alguns responderam que utilizam como cópia. Referente ao uso em casa, eles utilizam raramente, e, quando o utilizavam era para realizar as lições e exercícios, encaminhadas pelo professor. Os alunos concordaram que o livro didático pode ser interessante, pois proporciona mais conhecimento além do assunto da aula, pelo 31 aprofundamento das leituras e conteúdos, e que aprenderam a Física diferente já que puderam aprofundar melhor os conteúdos. Já Garcia e Pivovar (2008) realizaram uma pesquisa com 7 professores do Ensino Médio, em duas etapas. A primeira, referente à utilização do livro na sua formação e, a segunda, referente à utilização do livro didático em sala de aula, na atuação profissional. Os resultados foram que, na primeira parte, a experiência profissional influencia determinados modelos de trabalho em sala de aula, utilizando apenas o quadro de giz para trabalhar os conceitos e exercícios. E, na segunda etapa da pesquisa, concluíram que os professores utilizam o livro também para planejamento das aulas, exercícios e experimentos. Referente ao livro ideal, um grupo de professores descreve que um bom livro é o que traz roteiros e orientações para as práticas; outro, que o livro deve permitir escolhas ao professor, com conteúdos evidenciando a defesa do espaço da autonomia docente no encaminhamento das atividades didáticas. Sobre pesquisas que se baseiam na análise de conteúdos de Física no livro didático evidenciamos a de Souza e Germano (2009) sobre o tratamento da Física Nuclear nos livros didáticos de Física; Araújo e Silva (2008), a partir da teoria de Huygens no Tratado da Luz, fizeram uma análise em livros didáticos referente à teoria de Huygens relacionada ao modelo ondulatório da luz; a de Groch e Bezerra (2009), que contempla um estudo realizado nos livros didáticos de Física referente ao conteúdo de Relatividade Restrita e Relatividade Geral. Em comum, o que essas pesquisas concluíram é que esse instrumento de ensino precisa passar por avaliações no sentido de melhorar o conteúdo, forma e relações de ensino-aprendizagem e entre professor, livro didático e aluno, para que de fato possa contribuir efetivamente com a sua finalidade de melhorar o ensino do país. Nesse sub-capítulo, abordamos as três categorias de usuários dos livros didáticos: o Estado, o professor e o aluno, e em cada uma existe a peculiaridade voltada ao interesse do usuário. No transcorrer do capítulo, fizemos a discussão sobre as mudanças conceituais da Física em relação à Física Clássica e a FMC, e sua discussão na educação. No próximo capítulo, abordaremos as controvérsias a cerca das diferentes concepções sobre a luz ao longo dos séculos. 32 CAPÍTULO 2 – O TEMA EM ESTUDO: AS CONTROVÉRSIAS SOBRE A NATUREZA DUAL DA LUZ Neste capítulo, abordamos uma revisão bibliográfica sobre as concepções da natureza da luz guiadas pelo contexto histórico. Dela, enfatizamos a discussão cerca das teorias elaboradas pelos filósofos sobre os modelos ondulatório e corpuscular da luz, mas principalmente da dualidade onda-partícula, por se tratar de uma importante controvérsia da história da física. Nosso intuito é entender as discussões da história e filosofia da ciência e, por isso, nos reportaremos a identificar os modelos com suas interpretações e comportamentos, na tentativa de compreender diferenças filosóficas e epistemológicas do processo de criação científica. Acreditamos que reconhecer os conflitos conceituais referente à natureza da luz, entre as distintas interpretações são imprescindíveis para a compreensão da Física Moderna e Contemporânea. Vamos tematizar as concepções acerca da luz, seguindo uma ordem cronológica, relembrando eventos ocorridos ao longo dos séculos e discutindo os conceitos relevantes. Sobre o enfoque da abordagem da história e filosofia da ciência no ensino, autores como Teixeira, Freire Jr, El-Hani ( 2009); Pinto e Zanetic (1999) pontuam que “A história e a filosofia da ciência, indo muito além da mera ilustração ou motivação para o estudo, podem facilitar a construção conceitual e cultural da Física a ser trabalhada no ensino médio” (PINTO, ZANETIC, 1999, p.21). Os primeiros filósofos a refletirem sobre a luz elaboraram hipóteses na tentativa de descrevê-la e compreendê-la. Inicialmente, a luz era associada a divindades e aceita como sendo também criada por Deus. Santo Agostinho (354-430 d.C.), importante filósofo da idade média do Império Romano, apresentou uma interpretação sobre a criação do Universo, de acordo com o primeiro dia do livro de Gêneses, da Bíblia Judaica, do qual o provável autor é Moisés: a criação da Luz. Ele defendia que a luz era uma matéria sem forma (MARTINS, 1996). Diferente dos pensamentos relacionados à Igreja, os gregos também tinham questionamentos e preocupações em explicar os fenômenos que envolviam a luz. Platão (428- 328 a.C.) “[...] acreditava que a visão de um objeto era devida a três jatos (raios) de partículas: 33 um proveniente dos olhos, outro do objeto e o último da fonte iluminadora (SILVA, 2010, p.98). Leucipo (480-420 a.C.) e Demócrito (460-370 a.C.) afirmavam que a luz estava presente nos olhos em forma de pequenas partículas que ao atingirem um objeto, tornavam possível visualizá-lo. Eles acreditavam que “[...] os objetos emitiam átomos, que formavam uma imagem dos objetos, percebida, posteriormente, pelos órgãos da visão para formar, por fim, a imagem” (García et al; 2007 apud SILVA, 2010, p.47). Nessadiscussão, “Aristóteles (384-322 a.C) entendia que não havia os átomos, e, sim, uma substância, que preenchia todo o espaço - o éter. Ele foi um dos primeiros a tentar dar uma explicação não corpuscular para a natureza da luz” (SILVA, 2010, p.48). Defendia que a “[...] a luz era resultado da atividade de um determinado meio, cuja vibração provocaria o movimento de humores presentes nos olhos” (ROCHA, 2002, apud SILVA, 2009, p.48). Por volta de 1038 d.C., um cientista árabe, Alhazen (965-1039) aperfeiçoou seus estudos, dando uma nova explicação para a visão, a qual [...] consistia na formação de uma imagem óptica no interior do olho, que funcionava como uma câmara escura, onde os raios de luz emitidos por cada ponto do corpo atravessariam a pupila e formariam um ponto correspondente da imagem no fundo da câmara (SILVA, 2010, p. 51). Tomás de Aquino (1225-1274), sob A influência do pensamento de Aristóteles, também discutiu sobre o primeiro dia de Gêneses da Bíblia: a criação da luz: [...] Tomás de Aquino discute a própria noção de luz. Ele lembra que se pode falar sobre a luz no sentido original (aquilo que é produzido pelos corpos luminosos e que nos permite ver) ou em sentido metafórico. “Ver” pode ser usado no sentido de “perceber”, seja no caso de se ver um objeto, ou de se “ver” que um objeto é áspero, ou “ver” uma verdade. Da mesma forma, “luz” pode se referir ao seu significado original quando falamos sobre objetos da natureza, perceptíveis; mas pode ter um sentido metafórico, quando se fala sobre coisas espirituais (MARTINS, 1996, p.66). Para Tomás de Aquino, a luz era produzida pelos corpos luminosos e permitia perceber que não podia ser material. Argumentava que “[...] dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar ao mesmo tempo. Mas a luz e o ar (ou qualquer objeto transparente) podem ocupar o mesmo lugar ao mesmo tempo. Portanto, a luz não pode ser um corpo, isto é, não pode ser algo material” (MARTINS, 1996, p.65). 34 Nesse período histórico, constatamos o quanto a luz era problematizada e os filósofos estavam em busca de respostas. Santo Agostinho e Tomás de Aquino acreditavam que a luz era sem forma. Já os gregos e Aristóteles descreviam que o éter preenchia todo o espaço. Essas concepções filosóficas, em que a luz era composta por partículas que saíam dos corpos materiais, ou eram modificações do meio material entre o objeto e o observador, em que a luz era composta por corpúsculos, prosseguiram até o século XVII, quando, novamente, foi rediscutida com grandes progressos. Nesta época, Christiaan Huygens (1629-1695), René Descartes (1956-1650), Roberto Hooke (1635-1703) e Isaac Newton (1642-1727) retomaram os debates sobre os fenômenos luminosos, na tentativa de explicarem corretamente a natureza da luz. Porém, suas bases conceituais eram distintas. Newton, por sua vez, defendia que a luz era composta por partículas; Huygens e Descartes que a luz era transmitida por meio de vibrações num meio material. Na época, havia a concepção de que as ondas necessitavam de um meio material para se propagarem, levou a considerarem que a luz tem natureza ondulatória e que deveria existir um espaço considerado vazio. A existência desse espaço vazio foi chamado de éter, “como um meio material que viabiliza a propagação de ondas luminosas, estaria presente em todo o espaço que nos rodeia, preenchendo o Universo [...]” (SALVETTI, 2008, p. 64). Huygens defendia que entre a Terra e o Sol não existia ar, e sim uma substância invisível (éter), a qual o sentido do olho humano não conseguia captar e ela se propagava a luz. Descartes caracterizava “[...] a natureza da luz como problema científico, sustentava que a luz tinha uma tendência natural ao movimento ou pressão e que ela era transmitida com velocidade infinita.” (BASSALO e PIETROCOLA, 1986; 1993 apud SILVA, 2010, p. 51). E, para Hooke, “[...] a luz seria constituída por pulsos de pequenas amplitudes, propagando-se em um meio contínuo [...]” (SILVA, 2007, p.152). Silva (2007) refere-se à Huygens, que defendia a teoria ondulatória, mas desconhecia o conceito de ondas eletromagnéticas, sendo que Huygens concebia a luz na forma de uma perturbação mecânica que se propagava através de forças de contato entre corpúsculos. Portanto, para ele, a luz se propagava por um meio que se chamava éter luminífero, através de impulsos independentes e de forma análoga ao som, possuindo as seguintes propriedades de propagação retilínea; reflexão regular e difusa; e, refração. “A luz seria propagada por meio de ondas esféricas, pois os corpúsculos de éter não se encontram alinhados um após o outro, 35 mas distribuídos de maneira confusa, da forma que cada um toque diversos vizinhos” (Idem, 2007, p.154). Forato (2009) relembra que, contrário a essas concepções, Isaac Newton discutiu e defendeu outra explicação para a luz, descrevendo o comportamento dos raios de luz, como se fossem corpúsculos emitidos pelas superfícies dos corpos, que se deslocavam em linha reta até interagir com algum obstáculo. Os objetos seriam feitos de partículas. Newton supunha, por exemplo, que havia uma força de atração entre as partes de um corpo transparente e a luz, por isso o raio luminoso era atraído e se desviava em seu interior. Quer dizer, se os objetos são feitos de partículas, havia uma força de atração entre as partículas dos corpos transparentes e o raio de luz, pois este penetrava em seu interior (FORATO, 2009, p.3). Newton, na sua teoria corpuscular para a luz, propunha que os corpúsculos poderiam ser repelidos ou atraídos, razão pela qual a teoria ondulatória foi deixada de lado, principalmente pelo fato de acreditarem que a luz sempre se propagava em linha reta, não podendo contornar os objetos. Newton (2002), nos seus dois primeiros livros de Óptica, provou, com experimentos, as diferenças originais com os raios de luz, demonstrando suas propriedades. Enquanto para Hooke apenas existiam duas cores básicas a cor vermelha e azul, as demais cores eram geradas por distorções ocorridas durante a refração. No livro I da Óptica, explícito em 1671- 1672, ele discutiu a decomposição das cores espectrais ao atravessar um prisma; no Livro II da Óptica em 1704, tratou sobre as cores produzidas por corpos transparentes; no Livro III, esboçou sobre a difração, e questões apresentadas com teoremas, baseadas em experiências. Nesse mesmo livro, ele afirma que a luz era composta por corpúsculos de matéria. Silva (2010) relata as controvérsias referentes aos conflitos teóricos através de uma revisão bibliográfica da história da Óptica de Huygens e Newton sobre a natureza da luz, especificando as diferenças e os fenômenos defendidos entre os dois modelos, o ondulatório e o corpuscular. Salvetti (2008) descreve a discussão que ocorreu para se entender a natureza da luz, entre Christian Huygens, que considerava a luz formada por ondas, e Newton, por corpúsculos. Porém, entre as duas teorias, outra controvérsia se efetivava, quando da explicação da velocidade da luz ao passar do vácuo para os corpos. Newton defendia que a velocidade 36 aumentava e Huygens acreditava que deveria ser menor em meios mais densos. Como não existiam aparelhos que pudessem verificar essas discordâncias, as concepções de Newton prevaleceram devido ao seu prestígio na época. Os avanços que se sucederam a cerca do modelo ondulatório, com as contribuições de Thomas Young (1773-1829), Augustin Fresnel (1788-1827), Jean Foucault (1819-1868), James Clerk Maxwell (1831-1879) e Heinrich Hertz (1857-1894), reavivaram esse modelo. No início do século XIX, Young discutiu a natureza da luz, realizando uma experiência muito significativa para a ciência: a experiência da fenda dupla, corroborando a teoria ondulatória da luz. Na sua demonstração com o experimento, constatou que “[...] as ondas luminosasemitidas por uma única fonte, propagando-se por duas trajetórias diferentes, podem chegar a um certo ponto, combinar-se e anular-se pela interferência destrutiva” (SERWAY, JEWETT JR, 2007, p.983). Conforme vemos na figura 1, a experiência da dupla fenda se traduz em uma única fonte de luz monocromática, sendo iluminada pela fenda S0, com isso se difratando 3 e se espalhando por várias direções até chegar às fendas S1 e S2, seguindo para uma tela branca. A sua superposição resulta numa interferência, dando, assim, origem a franjas claras (interferência construtiva) e escuras (interferência destrutiva) comprovando a interferência 4 ondulatória. Figura 1: Diagrama da experiência de dupla fenda de Young 5 3 São ondas das quais sofrem um desvio ao passar por obstáculos em uma mesma fenda. 4 São ondas no qual se superpõem provenientes de fendas diferentes. 5 Fonte (SERWAY, JEWETT JR, 2007, p.1054). 37 Por sua vez, Fresnel elaborou uma fundamentação matemática para o modelo ondulatório, realizando várias experiências sobre a interferência. Foucault esclareceu a dúvida de Newton e Huygens sobre a velocidade da luz. No modelo corpuscular, era afirmado que a velocidade da luz era maior no líquido do que no ar. Ele forneceu evidências, pelo modelo ondulatório, que a velocidade da luz é menor no líquido do que no ar, isso através do avanço dos instrumentos tecnológicos (ROCHA, 2002). Em 1888, Hertz demonstrou com um experimento que um circuito elétrico oscilante irradiava ondas eletromagnéticas, sendo o primeiro a detectar as ondas eletromagnéticas (SERWAY, JEWETT JR, 2007). Esse comportamento não podia ser explicado pelo modelo corpuscular, porque os cientistas não imaginavam que as partículas poderiam se anular ou se juntar umas às outras, tendo como base o entendimento do modelo ondulatório da luz. Com seu estudo sobre os fenômenos elétricos e magnéticos, Maxwell resumiu um conjunto de relações, logo denominadas de equações de Maxwell. Elas exprimem de forma matemática compacta as leis de Coulomb, de Gauss, de Biot-Savart e de Ampere. “Maxwell mostrou que estas equações podem ser combinadas de modo a gerar uma equação de onda para vetores do campo elétrico E e do campo magnético B. Estas ondas eletromagnéticas são provocadas por cargas ou por correntes oscilantes”(TIPLER, 1978, p.836). O campo elétrico 6 E e o campo magnético 7 B oscilam em direções perpendiculares, no qual aumentam e diminuem periodicamente sua intensidade, conforme figura 2. Figura 2: Representação de uma onda eletromagnética 8 6 O campo elétrico é estabelecido por cargas elétricas, interação entre campo elétrico e outras cargas dando origem a forças elétricas (RESNICK, HALLIDAY e KRANE, 1992). 7 Uma carga elétrica em movimento, ou corrente elétrica, estabelece um campo magnético que exerce uma força magnética sobre outras cargas em movimento ou correntes RESNICK, HALLIDAY e KRANE, 1992, p.133). 8 Disponível em: <http://2.bp.blogspot.com/_yhcFVb0usrM/S3q4oJpZW9I/AAAAAAAABlo/gV2fdloVeSM/s400/onda+eletroma gnetica.jpg> Acesso em: 15 ago. 2011. http://2.bp.blogspot.com/_yhcFVb0usrM/S3q4oJpZW9I/AAAAAAAABlo/gV2fdloVeSM/s400/onda+eletromagnetica.jpg http://2.bp.blogspot.com/_yhcFVb0usrM/S3q4oJpZW9I/AAAAAAAABlo/gV2fdloVeSM/s400/onda+eletromagnetica.jpg 38 Com seus estudos, Maxwell conclui que a natureza da luz era eletromagnética, e não necessitava de um meio para a sua propagação. O modelo ondulatório foi aperfeiçoado e se tornou o modelo de onda de Maxwell. A interação da luz com a matéria, nos fenômenos da reflexão, refração, interferência e polarização, revela um comportamento que pode ser compreendido considerando a luz como formada por ondas transversais. Esse conjunto de propriedades ondulatórias se relaciona à presença de cargas elétricas e seus movimentos, através dos campos elétricos e magnéticos (SALVETTI, 2008, p.121). Portanto, a “Luz é em geral emitida quando os elétrons das camadas mais externas (ou de valência) dos átomos realizam transições de um nível de energia mais alto para um mais baixo [...]” (RESNICK, HALLIDAY, KRANE 1992, p.257). Todas as ondas eletromagnéticas se propagam no espaço com a mesma velocidade, sendo aplicada a todas as radiações eletromagnéticas e não apenas à luz. Através dela é possível relacionar a frequência e o comprimento de onda de acordo com a equação matemática c=λv (RESNICK, HALLIDAY, KRANE, 1992). Ou seja, a velocidade de uma onda depende das propriedades do meio no qual ela se propaga. Em 1887, Hertz confirmou as hipóteses de Maxwell, considerando que “as experiências descritas me parecem em alto grau adequadas para remover as dúvidas sobre a identidade entre a luz, a radiação térmica e as ondas eletromagnéticas” (apud ROCHA, 2002, p. 264). “Quando Maxwell relacionou efeitos elétricos e magnéticos a fenômenos com a luz, apontou o caminho para compreendermos, de forma unificada, os processos de produção, absorção e propagação da luz” (SALVETTI, 2008, p. 71). Nessa época, eles já classificavam as ondas mecânicas ou eletromagnéticas, em que as ondas mecânicas perturbam e propagam-se através de um meio, como uma onda sonora; e, as ondas eletromagnéticas, não necessitam de um meio para se propagarem (SERWAY, JEWETT JR, 2004). Todas as ondas carregam energia, mas seu mecanismo de transporte difere de um caso para outro. A perturbação de uma onda ocorre quando as partículas se movem, perpendicularmente (onda transversal), ou paralelamente (ondas longitudinais). Uma onda possui um comprimento, que é a distância mínima entre quaisquer dois pontos idênticos em uma onda; uma frequência, caracterizada pelas oscilações; um período, representado por T, 39 que é o tempo mínimo que uma partícula do meio leva para realizar uma oscilação completa, e é igual ao inverso da frequência; e uma amplitude, que é o deslocamento máximo de uma partícula do meio com relação à posição de equilíbrio (SERWAY, JEWETT JR, 2004). Os pesquisadores, já com argumentos suficientes e comprovados, acreditavam que a natureza da luz tinha chegado a um resultado satisfatório, no qual a luz era de natureza ondulatória e possuía as propriedades de reflexão; refração; difração; interferência e polarização. Existem, por exemplo, várias situações do nosso dia a dia que podem ser explicadas através da reflexão, qual é caracterizada pela mudança de direção de um feixe luminoso, no qual as ondas incidentes e refletidas formam ângulos iguais. Já a refração ocorre quando a luz passa de um meio para outro, ou seja, o feixe se propaga em uma direção diferente da direção do feixe incidente, com velocidades diferentes nos dois meios. Caracterizamos difração quando uma onda contorna obstáculos que esta em sua trajetória. Ou seja, é um desvio em relação à sua direção de propagação (ROCHA, 2002). Na polarização, somente as ondas transversais podem ter polarização. Polarizar significa orientar em uma única direção. Assim, a luz passou a ser entendida como uma onda eletromagnética, através desses conjuntos de propriedades, sendo formada por campos elétricos e magnéticos perpendiculares entre si, podendo se propagar mesmo na ausência de matéria (SALVETTI, 2008). Temos como exemplos de ondas e radiações eletromagnéticas, as ondas de rádio 9 ; as microondas 10 ; as ondas infravermelhas 11 ; a luz visível 12 e os Raios X 13 , as quais possuem diferentes frequências e comprimentos. Porém, quando a comunidade científica passou a questionar sobre o mundo microscópico, por se tratar de medidas muito pequenas, a discussão sobre a natureza da luz 9 [...] são resultantes de cargas aceleradas, por exemplo, através de fios condutores em uma antena de rádio. (SERWAY, JEWETT JR, 2007,p.967). 10 [...] têm comprimento de onda variando entre cerca de 1mm e 30cm e também são geradas por equipamentos eletrônicos (SERWAY, JEWETT JR, 2007, p.967). 11 Possuem comprimentos de onda variando de 1mm até o maior comprimento de onda da luz visível, 7x10 -7 m. Essas ondas, produzidas por corpos à temperatura ambiente e por moléculas, são prontamente absorvidas pela maioria dos materiais. A radiação infravermelha tem muitas aplicações práticas e científicas, incluindo fisioterapia, fotografia infravermelha e espectroscopia vibracional (SERWAY, JEWETT JR, 2007, p.967). 12 A forma mais familiar das ondas eletromagnéticas é aquela parte do espectro que o olho humano pode detectar. A luz é produzida por corpos quentes como filamentos de lâmpada e pela reordenação dos elétrons em átomos e moléculas (SERWAY, JEWETT JR, 2007, p.967). 40 voltou à cena. E, a teoria corpuscular veio à tona nas explicações de Max Planck (1858-1947), Albert Einstein (1879-1955), Robert Millikan (1868-1953), Niels Bohr (1885-1962), Arthur Compton (1892-1962), Werner Heisenberg (1901-1976) e Louis de Broglie (1892-1987), visto que a luz se comporta como partículas de energia. No final do século XIX, “o problema básico era a compreensão da distribuição de comprimentos de onda observada na radiação emitida por um corpo ideal, chamado corpo negro 14 ” (SERWAY e JEWETT JR, 2007, p. 1095). O dilema estava na busca de uma explicação para a emissão de luz por um corpo aquecido. Stefan estabeleceu experimentalmente que “[...] o poder emissor de um corpo negro (energia emitida pelo corpo negro na forma de luz e calor em cada segundo) era proporcional à temperatura absoluta elevada à quarta potência.” (RIBEIRO FILHO, 2002, p.307). Boltzmann deu uma explicação teórica, conhecida como Lei de Stefan-Boltzmann. Wien “[...] verificou que, ao aumentar-se a temperatura do corpo negro, o comprimento de onda correspondente ao brilho máximo da luz emitida pelo mesmo tornava-se cada vez mais curto, deslocando-se para a parte violeta do espectro.” (Idem, p.307). Porém, a teoria clássica não previa a existência de um máximo no brilho para um comprimento de onda finito, e sim um crescimento arbitrário do brilho com a diminuição do comprimento de onda. Esta previsão, a priori absurda, foi alcunhada por alguns físicos de “catástrofe ultravioleta”, por ocorrer em regiões de frequências elevadas (comprimentos de onda curtos). Ribeiro Filho (2002) descreve que Planck, com o seu problema da radiação do corpo negro, provou depender a radiação térmica da temperatura das paredes e não da sua natureza, seu problema estava entre a radiação (a luz emitida) e a matéria (o corpo metálico), pois apresentavam resultados desconhecidos. “Apesar de tal dilema, ele tinha se convencido de que a emissão e absorção de radiação só poderiam verificar-se sob a forma de feixes energéticos ou porções discretas (ou grãos) de energia” (RIBEIRO FILHO, 2002, p.309), no entanto, como sua teoria não era compatível com as ideias da época, ele precisou afirmar que a luz era emitida de forma descontínua em pacotes de quanta de luz (hipótese introduzida por 13 São ondas eletromagnéticas com comprimento de onda na faixa de aproximadamente 10 -8 m (10nm) até 10 -13 m (10 -4 nm). [...] Os raios X são usados como ferramenta de diagnóstico na medicina e como tratamento para determinados câncer (SERWAY, JEWETT JR, 2007, p.968). 14 Um corpo negro pode ser definido como um absorvedor perfeito de radiação eletromagnética. Sendo a emissão o processo inverso da absorção, o corpo negro é também o mais eficiente emissor de radiação térmica, para uma dada temperatura. 41 Einstein), na qual cada pacote possuía energias definidas correspondentes a múltiplos de determinadas frequências. Quando a luz atinge superfícies metálicas, por exemplo, ela transfere sua energia, ou parte dela, para alguns elétrons que são arrancados do metal. Esse fenômeno é conhecido como efeito fotoelétrico. A energia transferida da luz para o elétron, que consegue sair do metal, é utilizada em parte para liberar o elétron do metal e em parte como energia de movimento do elétron. Como os elétrons estão ligados ao metal de maneiras diversas, eles são ejetados com diferentes energias de movimento e, portanto, com variadas velocidades (SALVETTI, 2008, p.123) Einstein, com a explicação sobre o efeito fotoelétrico, propôs o conceito de quantum de luz, mas a academia aceitou o efeito fotoelétrico 15 , não tendo concordado com o quantum de luz, sendo que este conceito sofreu resistência para ser aceito, pois eles acreditavam, até o momento, apenas no comportamento ondulatório da luz, comprovado pelas equações de Maxwell. Einstein foi o primeiro a insinuar sobre o caráter dual da luz, pois em vez de imaginar a luz como onda de energia discreta, imaginou sendo formada por partículas, mostrando mais tarde que os quanta de luz poderiam ser atribuídos a uma quantidade de movimento (RIBEIRO FILHO, 2002). Sendo que “A luz, ao interagir com os elétrons, mostrou uma estrutura quantizada ou granulada em fótons. Essa estrutura quantizada não estava prevista pelas ondas eletromagnéticas ou pelas equações do eletromagnetismo de Maxwell [...]” (SALVETTI, 2008, p.127) “Uma década se passou até que, por meio de medições extremamente cuidadosas, o físico americano Robert Millikan, em 1914, confirmasse as previsões de Einstein” (BROCKINGTON, 2005, p.40). As partículas e fótons têm o mesmo significado e não possuem massa e nem carga, não sendo atraídos ou repelidos por objetos eletrizados. “Coletivamente os fótons parecem se comportar como ondas e como tais explicamos os fenômenos ondulatórios. Individualmente, cada fóton se comporta como uma partícula com energia, velocidade de propagação e uma 15 No entanto, em 1905, Einstein publicou um trabalho em que explicava por que a luz, ao atingir uma superfície metálica com frequência suficientemente alta, era capaz de retirar elétrons, eletrizando o metal, fenômeno que ficou conhecido como efeito fotoelétrico (GREF, 1998, p.51). 42 certa localização no espaço, de modo que pode colidir com um elétron” (SALVETTI, 2008, p. 131). Ribeiro Filho (2002) adverte que Einstein não abandonou o caráter ondulatório da luz e de todas as radiações eletromagnéticas, o qual já havia sido estabelecido por Huygens, Young e Fresnel. No entanto, estabeleceu sérios dilemas ao defender que a luz carregava um caráter dual. Ou seja, se a luz se comportava como onda quando se tratava da experiência da dupla fenda de Young, produzindo o fenômeno de interferência, ou se poderia ser como corpúsculo, considerando o efeito fotoelétrico. Em 1923, Arthur Compton (1892-1962) e sua equipe comprovaram, através de um experimento, o quantum de luz, no qual constataram [...] que raios X espalhados por superfícies metálicas polidas apresentam alteração de sua freqüência em razão do espalhamento. (De acordo com a física clássica, os raios X espalhados deviam possuir a mesma freqüência que a dos raios X incidentes.). O Efeito Compton, como é hoje conhecido (ou seja, a alteração das freqüências dos raios X espalhados), evidenciou que a freqüência da luz diminui em quantidade dependendo do ângulo em que for espalhada (WEBBER, RICCI, 2007, p.18). O Efeito Compton mostra uma visão quântica da troca de momento e de energia entre um fóton individual de raios X e um elétron, através de duas situações: no modelo clássico, no qual o elétron é empurrado ao longo da direção de propagação dos raios X e incidente pela pressão de radiação; e no modelo quântico, no qual o elétron é espalhado por um ângulo φ em relaçãoa essa direção, como se fosse uma colisão do tipo da colisão de bolas de bilhar. Conforme se pode observar na figura 3 (SERWAY, JEWETT JR, 2007). 43 Figura 3: Espalhamento de Raios X por um elétron 16 Essa mudança do comprimento de onda, à medida que os fótons são espalhados por ângulos diferentes, veio para comprovar que na teoria ondulatória da luz existiam falhas em explicar o espalhamento dos raios X por elétrons (SERWAY, JEWETT JR, 2007). Com isso, as duas concepções sobre os aspectos ondulatórios e corpusculares eram aceitáveis, passando a descrever a natureza da luz como dual. Em 1923-1924, Louis de Broglie propôs que partículas ou corpos minúsculos também seriam ondas de matéria, isto é o comportamento dual também se aplicaria à matéria (WEBER e RICCI, 2006). Ou seja, a radiação pode revelar um duplo caráter: não pode ser descrita puramente nem pelos fenômenos ondulatórios e nem pela teoria corpuscular. Isso porque nem a teoria ondulatória e nem a corpuscular explicam sozinhas os aspectos e comportamentos da radiação observados na natureza, pois em determinadas circunstâncias a luz se comporta como onda e em outras como partículas. A luz [...], como movimento ondulatório, apresenta propriedades corpusculares quando interage com a matéria, como no efeito fotoelétrico ou no espalhamento Compton, enquanto os elétrons, que usualmente imaginamos como partículas, apresentam propriedades ondulatórias de interferência e de difração. Todos os 16 Fonte (SERWAY, JEWETT JR, 2007, p.1105). 44 fenômenos – elétrons, átomos, luz, som, etc. – têm ambas as características, de partículas e de onda (TIPLER, 1978, p.983). Encontramos a ação da luz localizada com a matéria como forma de partícula no desbotamento de um jornal, ou num tecido exposto ao sol, pois a energia luminosa atinge a matéria na forma de pequenos pacotes de energia (GREF, 1998). Observamos o modelo de partícula quando ocorrem as seguintes situações, segundo Ribeiro Filho (2002): a. De emissão: Existe a emissão espontânea quando um sistema atômico tende espontaneamente a passar para um estado de energia mais baixa emitindo um fóton. E, a emissão estimulada, quando um sistema atômico recebe um fóton no qual interage com o sistema sendo conduzido para um estado de energia mais baixo, implicando que existem dois fótons onde havia apenas um. b. De absorção: é quando um fóton interage com um átomo fazendo com que o elétron passe de um nível energético mais elevado, de tal maneira que o fóton desaparece e o sistema atômico atingirá um estado de energia mais elevado. Com a evolução das ideias e das pesquisas, surge uma indagação sobre a posição dessa partícula, partindo-se, então, para as ideias de Heisenberg sobre as relações de incertezas. Estas consideram que não era possível atribuir, ao mesmo tempo, uma posição e uma velocidade definida a uma partícula, pois não tem como descrever simultaneamente a luz como uma onda eletromagnética e como fótons (OMNÈS, 1996). Não se pode dizer, simultaneamente, que a luz é uma onda eletromagnética e é composta de fótons. Bohr complementa essa ideia de Heisenberg com o Princípio de Complementaridade sobre a sua interpretação ao considerar que “são complementares, e quero dizer com isso que cada uma delas é em si mesma correta, sem contradição interna, mas que é impossível conjugá-las” (apud OMNÈS, 1996, p.179). Heisenberg afirma que “[...] o princípio de complementaridade e a validade atual dos conceitos cartesianos e os que derivam do senso comum, de corpo e mente, estão indissoluvelmente ligados [...]” (1987, p.23) e, por isso, serão utilizados até aparecer uma teoria linguística e empiricamente satisfatória, a qual permitirá abandonar a linguagem cartesiana. 45 Brockington (2005) traz em sua pesquisa relatos históricos detalhados sobre as concepções da origem da Física Moderna, na qual ele se refere a Planck com a radiação do corpo negro; Einstein sobre o quantum de luz; Bohr com o modelo atômico e o Princípio da Complementaridade; Heisenberg com seus entendimentos sobre as questões de interpretação da Mecânica Quântica e o Princípio da Incerteza; e Louis de Broglie com o momento da partícula e a ideia da dualidade onda-partícula, destacando os desafios enfrentados pelos físicos em relação à interpretação dos fenômenos observados e discutidos. Porém, destacamos da pesquisa de Brockington (2005), as interpretações da mecânica quântica com as quais ele procurava discutir os fundamentos epistemológicos e ontológicos dos objetos quânticos, buscando evidenciar e refletir como se dá o processo de construção científica. Baseados em Pessoa Jr (1997, 2002) e sua afirmação que existem dezenas de interpretações sobre a Teoria Quântica, conforme a sua ontologia, que pode ser um objeto quântico corpuscular, ondulatório ou dualista. Com essas discussões, podemos perceber que a natureza da luz é bem-sucedida e inventada pelo homem para a descrição da natureza, nos reportamos a pensar que a construção científica é uma construção humana e complexa, sendo um emaranhado de ideias e fatos históricos. E percebemos, com os relatos históricos descritos neste capítulo, que a luz possui uma grande contribuição de filósofos e estudiosos de diferentes épocas, os quais procuravam descrever e explicar o fenômeno que estavam observando, conforme as concepções ao seu alcance. 46 CAPÍTULO 3 – PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS E ANÁLISE DOS LIVROS DIDÁTICOS A natureza desta pesquisa é qualitativa por se tratar de uma busca de informações na tentativa de identificar e compreender como é apresentada a teoria da dualidade onda- partícula em coleções de livros didáticos de Física indicados no Catálogo do Programa Nacional do Livro para o Ensino Médio – Física, PNLEM/2009. A metodologia que adotamos, para obter informações e nos ajudar a compreender sobre como a teoria da dualidade onda-partícula, é expressa nos livros didáticos, fundamenta- se em Moraes e Galiazzi (2007), a partir da Análise Textual Discursiva – (ATD). Além disso, esse processo de construção em que estivemos envolvidos com a ATD foi um processo rigoroso, que nos transformou enquanto pesquisadoras, já que é uma metodologia que possui a finalidade de produzir novas compreensões sobre os fenômenos e discursos. Uma análise textual efetiva não deixa de afetar diretamente o pesquisador. No mesmo processo de construção e explicitação de novas compreensões ele vai se transformando, constituindo-se sujeito enquanto pesquisador (MORAES e GALIAZZI, 2007, p.190). 3.1 Escolha e a Aquisição do Corpus da Pesquisa O corpus da pesquisa é um conjunto de documentos a ser analisado que constitui “um conjunto capaz de produzir resultados válidos e representativos em relação aos fenômenos investigados” (MORAES e GALIAZZI, 2007, p.17). Para obtermos informações, que respondessem à nossa problemática de pesquisa, a escolha centrou-se nos livros didáticos de física classificados e aprovados para uso nas escolas públicas, conforme material disponibilizado pelo PNLEM/2009. Nesse catálogo, havia a relação de três coleções de livros didáticos e três livros didáticos de volume únicos. Optamos por analisar as três coleções de livros didáticos disponíveis, rejeitando as obras de volume único já que seus conteúdos são muito sintetizados. O caminho para encontrar os livros didáticos indicados pelo PNLEM/2009 não foi fácil, uma vez que, na página do MEC, as informações não eram muito claras. Através de 47 contato telefônico com o Fundo Nacional de Desenvolvimento da Educação – FNDE, também não obtivemos muitas informações, mas nos orientaram a entrar em contato com o Sistema Estadual de Bibliotecas Escolares – SEBE, da Secretaria do Estado do Rio Grande do Sul. Além disso,professores da área de física, com quem tínhamos contato, desconheciam totalmente tais livros didáticos. A identificação dos livros foi trabalhosa, considerando que não localizávamos as obras nas escolas da rede pública, pois não os tinham recebido, ou a escolha do livro didático pela escola não contemplava as coleções completas, objeto de nossa pesquisa. Conseguimos as três coleções, a partir do Sistema Estadual de Bibliotecas Escolares – SEBE, em Porto Alegre, com a editora, e com uma professora da área de física de outro município. De posse das coleções, renomeamos os mesmos, preservando o nome das editoras e os nomes dos autores, conforme a tabela 1: Tabela 1: Rol dos Livros Didáticos Utilizados na Pesquisa LIVROS DESCRIÇÃO LD-1a Livro Didático da primeira coleção, primeiro ano. LD-1b Livro Didático da primeira coleção, segundo ano. LD-1c Livro Didático da primeira coleção, terceiro ano. LD-2a Livro Didático da segunda coleção, primeiro ano. LD-2b Livro Didático da segunda coleção, segundo ano. LD-2c Livro Didático da segunda coleção, terceiro ano. LD-3a Livro Didático da terceira coleção, primeiro ano. LD-3b Livro Didático da terceira coleção, segundo ano. LD-3c Livro Didático da terceira coleção, terceiro ano. Fonte: Meggiolaro (2012). Com o nosso corpus em mãos, partimos para as próximas etapas, de acordo com a ATD. 3.2 Unitarização, Categorização e Organização do Metatexto A unitarização, segundo Moraes e Galiazzi, é o momento de [...] aprofundar as leituras, selecionando aspectos importantes dos fenômenos a serem trabalhados posteriormente no processo produtivo. Unitarizar é delimitar e destacar unidades básicas de análise a partir dos materiais pesquisados, envolvendo permanentes interpretações do investigador (2007, p.171). 48 Para a unitarização, definimos como critério de análise encontrar, no material, fragmentos que abordassem ou que fizessem referência à dualidade onda-partícula, destacando capítulos, trechos e imagens. Nesse processo, não faziam parte dessa análise os fragmentos relacionados aos exercícios, atividades e sumários. Para a localização desses fragmentos, manuseamos todos os livros didáticos envolvidos na pesquisa, folheando todas as páginas, em busca das palavras-chave que geraram os recortes como dualidade; onda (onda; onda eletromagnética); partícula (partícula; fóton); onda-partícula e dualidade onda- partícula. Abandonamos os fragmentos nos quais apareciam as palavras partículas que se referiam à Mecânica de Newton ou à Eletrostática, ou seja, ao mundo macroscópico, ou ondas sonoras, que não faziam referência aos conceitos da luz, mas remetiam a outros conceitos. A unitarização, segundo Moraes e Galiazzi (2007), é caracterizada por três momentos, a fragmentação dos textos e a codificação de cada unidade; a reescrita de cada unidade e por último, a atribuição de um nome. Nesse caso, a fragmentação dos textos é concretizada por leituras, identificação e codificação de cada fragmento. Para expressar as novas compreensões pela análise através dos recortes, identificamos, no total, 116 fragmentos 17 nas coleções, distribuídos conforme a tabela 2. Tabela 2: Totais de Fragmentos Localizados Identificação da coleção Coleção LD-1 Coleção LD-2 Coleção LD-3 Totais Livros Didáticos L D -1 a L D -1 b L D -1 c L D -2 a L D -2 b L D -2 c L D -3 a L D -3 b L D -3 c Quantidades de Fragmentos 5 21 10 3 9 22 2 17 27 Totais 36 34 46 116 Fonte: Meggiolaro (2012). Com a separação dos fragmentos nos livros, definimos um código para identificá-los, para auxiliar na categorização. Por exemplo, Frag 1. LD-1a, 2005, p.14. Significa que é Fragmento número 1, do Livro Didático da primeira coleção, do primeiro ano, publicado em 17 Os fragmentos retirados dos livros didáticos estão disponíveis no Apêndice dessa pesquisa. 49 2005, localizado na página 14. Dessa forma, tal código inicia-se no fragmento número 1 e termina no fragmento número 116, conforme as palavras-chave. Com os recortes retirados dos livros didáticos isolada e individualmente identificados, foi preciso categorizar esses dados. Para Moraes e Galiazzi (2007), categorizar significa reunir, agrupar os elementos semelhantes definindo as categorias, num processo de auto- organização. Para as informações estarem ordenadas e os fragmentos identificados, organizamos os dados em três tabelas distintas, separadas por coleções, Tabela 3, LD-1 Livro Didático 1; Tabela 4, LD-2 Livro Didático 2; Tabela 5, LD-3 Livro Didático 3. Em cada tabela, separamos com os respectivos anos do ensino médio: LD-1a Livro Didático da primeira coleção, primeiro ano; LD-1b Livro Didático da primeira coleção, segundo ano e assim sucessivamente. No interior de cada tabela, separamos os fragmentos por conceitos semelhantes de acordo com as palavras-chaves dualidade; onda (onda, onda eletromagnética); partícula (partícula, fóton); onda-partícula e dualidade onda-partícula. Para entender melhor a exposição dos dados, trazemos as tabelas 3, 4 e 5. Tabela 3: Fragmentos Coleção LD-1; Dualidade, Onda, Partícula, Onda-Partícula e Dualidade Onda-Partícula Livro Didático Dualidade Onda Partícula Onda-Partícula Dualidade Onda- Partícula Onda Onda eletromagnética Partícula Fóton LD-1a Não Frag. 1. LD-1a, 2005, p.14 Frag. 2. LD-1a, 2005, p.14 Não Frag. 3. LD-1a, 2005, p.173 Frag. 4. LD-1a, 2005, p.194 Frag. 5. LD-1a, 2005, p. 316 Não Não Não LD-1b Não Frag. 9. LD-1b, 2005, p.270 Frag. 10. LD-1b, 2005, p.271 Frag. 11. LD-1b, 2005, p.292 Frag. 12. LD-1b, 2005, p.293 Frag. 13. LD-1b, 2005, p.294 Frag. 14. LD-1b, 2005, p.294, 295 Frag. 15. LD-1b, 2005, p.295, 296 Frag. 16. LD-1b, 2005, p.296 Frag. 17. LD-1b, 2005, p.298 Frag. 18. LD-1b, 2005, p.299 Frag. 19. LD-1b, 2005, p.300 Frag. 20. LD-1b, 2005, p.301,302. Frag. 21. LD-1b, 2005, p.303,304 Frag. 22. LD-1b, 2005, p.305,306. Frag. 23. LD-1b, 2005, p.307,308 Frag. 24. LD-1b, 2005, p.309,310 Frag. 25. LD-1b, 2005, p. 311 Frag. 26. LD-1b, 2005, p.312 Frag. 6. LD-1b, 2005, p.93 Frag. 7. LD-1b,2005, p.199 Frag. 8. LD-1b, 2005, p.269 Não Não Não LD-1c Não Não Frag. 28. LD-1c, 2005, p.304 Frag. 29. LD-1c, 2005, p.305 Frag. 30. LD-1c, 2005, p.306 Frag. 31. LD-1c, 2005, p. 307 Frag. 32. LD-1c, 2005, p. 308 Frag. 33. LD-1c, 2005, p.311 Frag. 34. LD-1c, 2005, p.312 Frag. 35. LD-1c, 2005, p.313 Frag. 36. LD-1c, 2005, p. 314. Frag. 27. LD-1c, 2005, p.261 Não Não Não Fonte: Meggiolaro (2012). 5 0 51 Tabela 4: Fragmentos Coleção LD-2; Dualidade, Onda, Partícula, Onda-Partícula e Dualidade Onda-Partícula Livro Didático Dualidade Onda Partícula Onda- Partícula Dualidade Onda- Partícula Onda Onda eletromagnética Partícula Fóton LD-2a Não Frag. 38. LD-2a, 2005, p.17 Não Frag. 37. LD-2a, 2005, p.17 Frag. 37. LD-2a, 2005, p.17 Frag. 39. LD-2a, 2005, p.432 Não Não LD-2b Não Frag. 41. LD-2b, 2005, p.327, 328 Frag. 42. LD-2b, 2005, p.328 Frag. 43. LD-2b, 2005, p.330 Frag. 48. LD-2b, 2005, p.348 Frag. 43. LD-2b, 2005, p.330 Frag. 44. LD-2b, 2005, p.331 Frag. 45. LD-2b, 2005, p.333 Frag. 46. LD-2b, 2005, p. 344 Frag. 48. LD-2b, 2005, p.348 Frag. 40. LD-2b, 2005, p.324 Frag. 41. LD-2b, 2005, p.327, 328 Frag. 42. LD-2b, 2005, p.328 Frag. 47. LD-2b, 2005, p.347 Frag. 44. LD-2b, 2005, p.331 Não Não LD-2c Não Frag. 49. LD-2c, 2005, p.429 Frag. 50. LD-2c, 2005, p. 430 Frag. 51. LD-2c, 2005, p. 430 Frag. 52. LD-2c, 2005, p. 431 Frag. 53. LD-2c, 2005, p.433, 434, 435 Frag. 54. LD-2c, 2005, p. 435 Frag. 55.LD-2c, 2005, p.437, 438 Frag.56 LD-2c, 2005, p. 438 Frag. 57. LD-2c, 2005, p. 440, 441, 442 Frag. 58. LD-2c, 2005, p. 443 Frag. 59. LD-2c, 2005, p. 444 Frag. 60. LD-2c, 2005, p. 444, 445 Frag. 64. LD-2c, 2005, p. 474 Frag. 68. LD-2c, 2005, p. 478 Frag. 69. LD-2c, p. 480, 481 Frag. 57. LD-2c, 2005, p. 440, 441, 442 Frag. 61. LD-2c, 2005, p. 465 Frag. 66. LD-2c, 2005, p. 475 Frag. 67. LD-2c, 2005, p. 475, 476, 477 Frag. 49. LD-2c, 2005, p.429 Frag. 50. LD-2c, 2005, p. 430 Frag. 51. LD-2c, 2005, p. 430 Frag. 52. LD-2c, 2005, p. 431 Frag. 62. LD-2c, 2005, p. 466 Frag. 65. LD-2c, 2005, p. 474 Frag. 68. LD-2c, 2005, p. 478 Frag. 69. LD-2c, p. 480, 481 Frag. 70. LD-2c, p. 481 Frag. 61.LD-2c, 2005, p. 465 Frag. 63.LD-2c, 2005, p. 468 Frag. 65.LD-2c, 2005, p. 474 Frag. 66.LD-2c, 2005, p. 475 Frag. 67.LD-2c, 2005, p. 475, 476,477 Frag. 68.LD-2c, 2005, p. 478 Não Frag. 68. LD-2c, 2005, p. 478 Fonte: Meggiolaro (2012). 51 52 Tabela 5: Fragmentos Coleção LD-3; Dualidade, Onda, Partícula, Onda-Partícula e Dualidade Onda-Partícula Livro Didático Dualidade Onda Partícula Onda- Partícula Dualidade Onda- Partícula Onda Onda eletromagnética Partícula Fóton LD-3a Não Frag. 71. LD-3a, 2005, p. 3 Não Frag. 71. LD-3a, 2005, p. 3 Frag. 72. LD-3a, 2005, p. 6 Não Não Não LD-3b Não Frag. 73. LD-3a, 2005, p. 96 Frag. 74. LD-3b, 2005, p. 97 Frag. 75. LD-3b, 2005, p. 3 Frag. 76. LD-3b, 2005, p. 99 Frag. 77. LD-3b, 2005, p.100 Frag. 78. LD-3b, 2005, p.101 Frag. 79. LD-3b, 2005, p.102 103 Frag. 80. LD-3b, 2005, p.106,107 Frag. 81. LD-3b, 2005, p.108, 109 Frag. 82. LD-3b, 2005, p.109 Frag. 83. LD-3b, 2005, p.112 Frag. 84. LD-3b, p.115,116 Frag. 85. LD-3b, p. 118,119 Frag. 86. LD-3b, p. 121 Frag. 87. LD-3b, p. 122 Frag. 88. LD-3b, p.123, 124, 125, 126. Frag. 80. LD-3b, 2005, p.106, 107 Frag. 81. LD-3b, 2005, p.108, 109 Frag. 84. LD-3b, p.115, 116 Frag. 78. LD-3b, 2005, p.101 Frag. 80. LD-3b, 2005, p.106,107 Frag. 81. LD-3b, 2005, p.108, 109 Não Não Não LD-3c Frag 101. LD-3c, 2005, p.201 Frag 108. LD-3c, 2005, p.223 Frag. 89. LD-3b, p.116, 117 Frag. 90. LD-3b, p.119,120. Frag. 91. LD-3c, 2005, p.121 Frag. 92. LD-3c, 2005, p.123 Frag. 94 LD-3c, 2005, p.127 Frag. 95. LD-3c, 2005, p.123 Frag. 97, LD-3c, 2005, p.138 Frag. 98. LD-3c, 2005, p.139 Frag. 99, LD-3c, 2005, p.140 Frag. 99. LD-3c, 2005, p.140 Frag. 100. LD-3c, 2005, p.187 Frag. 107. LD-3c, 2005, p.218, 219, 220 Frag. 108. LD-3c, 2005, p.223 Frag. 89, LD-3b, p.116, 117 Frag. 85, LD-3c, p.118,119 Frag. 90, LD-3b, p.119,120. Frag. 91, LD-3c, 2005, p.121 Frag. 92, LD-3c, 2005, p.123 Frag. 93, LD-3c, 2005, p. 125,126 Frag. 94, LD-3c, 2005, p.127 Frag. 95, LD-3c, 2005, p.132 Frag. 96, LD-3c, 2005, p. 134 Frag. 105, LD-3c, 2005, p.211, 212 Frag. 91. LD-3c, 2005, p.121 Frag. 93. LD-3c, 2005, p. 125, 126 Frag. 94. LD-3c, 2005, p.127 Frag. 103. LD-3c, 2005, p.208, 209 Frag. 104. LD-3c, 2005, p.210 Frag. 106. LD-3c, 2005, p.214 Frag. 107. LD-3c, 2005, p.218, 219, 220 Frag. 108. LD-3c, 2005, p.223 Frag. 109. LD-3c, 2005, p.224 Frag. 110. LD-3c, 2005, p.227 Frag. 112. LD-3c, 2005, p.232 Frag. 113. LD-3c, 2005, p. 233 Frag. 114. LD-3c, 2005, p.236 Frag. 115. LD-3c, 2005, p.242 Frag. 116. LD-3c, 2005, p.244, 245 Frag. 103. LD-3c, 2005, p.208, 209 Frag. 104. LD-3c, 2005, p.210 Frag. 105. LD-3c, 2005, p.211, 212 Frag.107. LD-3c, 2005, p.218, 219, 220 Frag. 108. LD-3c, 2005, p.223 Frag. 109. LD-3c, 2005, p.224 Frag. 111. LD-3c, 2005, p.231 Frag. 116. LD-3c, 2005, p.244, 245 Frag. 107. LD-3c, 2005, p.218, 219, 220 Frag. 102. LD-3c, 2005, p.207 Frag. 107. LD-3c, 2005, p.218, 219, 220 Fonte: Meggiolaro (2012). 5 2 Percebemos que para a categorização é preciso possuir um entendimento sobre as teorias que explicitam a dualidade onda-partícula, estabelecendo relações no processo de análise com argumentos, bem como mostrar a compreensão através das categorias com as informações ordenadas. Esse processo fluiu gradativamente com o estudo do corpus, e, após todas as leituras dos livros didáticos, organizamos os fragmentos em grupos, categorizando-os por ordem de aproximação e de significados, pois segundo Moraes e Galiazzi, [...] no seu conjunto, as categorias constituem os elementos de organização do metatexto que se pretende escrever. É a partir delas que se produzirão as descrições e interpretações que comporão o exercício de expressar as novas compreensões possibilitadas pela análise (2007, p.23). O aprofundamento das leituras e a busca por pressupostos teóricos constituíram o momento da construção dos conceitos envolvidos sobre a dualidade onda-partícula e a desmontagem dos textos ajudou na compreensão das teorias envolvidas. Clareando, assim, o que se queria investigar, no nosso caso a abordagem da teoria dualidade onda-partícula, tal momento foi desconstrutivo e construtivo, exigindo “leitura, codificação de dados agregados em unidades, delimitação, definição e classificação levam às inferências e à compreensão do sentido” (MORAES e GALIAZZI, 2007, p.173). A partir dos fragmentos das tabelas, passamos a organizar o metatexto, em dois momentos: o da descrição e da interpretação. A descrição é a apresentação de elementos importantes das subcategorias e categorias da análise, e a interpretação é ir além da descrição, é produzir novas compreensões, teorizando o objeto de pesquisa (MORAES e GALIAZZI, 2007). Nesta etapa da produção do metatexto, procuramos apresentar as interpretações sobre a teoria da dualidade onda-partícula a partir das tabelas, na perspectiva de responder à problemática da pesquisa. A produção textual, além de ser um momento de expor, é também uma oportunidade de aprender, sendo um aprofundamento dos fenômenos investigados, combinando o movimento de aprender e de comunicar (MORAES e GALIAZZI, 2007). 53 54 3.3 Dualidade Onda-Partícula: Fenômenos Distintos para Explicar o Comportamento da Luz A partir da historicidade dos conceitos que envolvem a natureza da luz, discutiremos as abordagens utilizadas pelos autores referentes à teoria da dualidade onda-partícula, através da análise das três coleções de livros didáticos. 3.3.1 Identificação e Apresentação da Dualidade Onda-Partícula nas Coleções As tabelas 3, 4 e 5 permitem identificar, através dos fragmentos retirados das coleções didáticas a partir das palavras-chave dualidade; onda; partícula; onda-partícula e dualidade onda-partícula, que, na coleção LD-1 existem somente fragmentos referentes aos conceitos de ondas e partículas. Não são registrados, na coleção, fragmentos sobre dualidade, onda- partícula ou dualidade onda-partícula, portanto os autores desta coleção não propõem esse conceito para estudo no Ensino Médio. Na coleção LD-2 (tabela 4), é possível localizarmos a palavra dualidade onda-partícula explicitamente expressa na coleção, através do Frag. 68. E, na coleção LD-3 (tabela 5) a palavra aparece em dois fragmentos 102 e 107. Na coleção LD-2, os autores abordam o conceito dualidade onda-partícula, na unidade da Física Moderna no capítulo da Mecânica Quântica, juntamente, com os conceitos voltados ao efeito fotoelétrico, átomo de Bohr, comprimento de onda e ao princípio da incerteza, que são discutidos no último ano do Ensino Médio. A teoria é apresentada no Frag. 68. Alguns comportamentos da luz (e das radiações em geral) podem ser explicados supondo-se que ela seja uma onda. No entanto, outros comportamentos só podem ser explicados supondo-se que ela seja formada por um feixe de partículas (fótons). Mas, afinal, o que é a luz? Hoje aceitamos a dupla natureza da luz, fato chamado de dualidade onda-partícula. Para entender essa situação, o físico dinamarquês Niels Bohr(1885-1962) propôs o principio de complementaridade. Em cada evento a luz comporta-se como partícula ou onda, mas nunca como ambas simultaneamente (LD-2c, 2005, p.478). 55 Referente à apresentação do conceito, os autores não dão muita atenção em relação a maiores informações ou explicações com exemplos, pois, antes da abordagem, no mesmo capítulo existe a discussão sobre o fóton, e, posteriormente, uma discussão sobre a Mecânica Quântica referente à partícula. É importante ressaltar que os autores, para descreverem a dualidade onda-partícula, não fazem referência sobre em quais comportamentos, eventos ou experiências a luz se comportará como uma onda ou partícula, numa exposição de forma sucinta. Já os autores do LD-3c fazem um chamamento apresentando a palavra-chave dualidade onda-partícula, referente aos estudos que virão, conforme Frag. 102. Apresentamos neste capítulo um estudo introdutório da teoria quântica, começando pela velha teoria quântica, em que analisamos a radiação dos corpos aquecidos, o efeito fotoelétrico, o modelo atômico de Bohr, o átomo de hidrogênio e o princípio da dualidade onda-partícula. Depois, com a nova teoria quântica, abordamos o princípio da incerteza e a interpretação probabilística da mecânica quântica (LD-3c, 2005, p.207). Esse fragmento apresentado no livro indica os conteúdos trabalhados neste capítulo. É possível perceber a semelhança com a outra coleção em relação aos conceitos que serão trabalhados na FMC, como o átomo de Bohr, princípio de incerteza e o efeito fotoelétrico. Segue, então, o fragmento que explica a teoria, Frag. 107. 6. A DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA A teoria de Einstein para o efeito fotoelétrico nos dá uma forte evidência em favor da ideia dos fótons ou partículas de luz. Esses fenômenos nos mostram que luz de freqüência f, quando interage com a matéria, o faz como se fosse constituída por partículas com energia E=h.f Entretanto, os fenômenos de difração e interferência só podem ser explicados considerando a luz como uma onda. Essa aparente confusão levanta uma questão crucial: “Afinal, a luz é onda ou partícula?” Se, por um lado, somente o modelo de fótons explica adequadamente o efeito fotoelétrico, por outro, somente o modelo ondulatório explica a difração e a interferência. Então, qual modelo é correto? A resposta é simples mas incômoda. Devemos aceitar ambos os modelos! A verdadeira natureza da luz, e das radiações eletromagnéticas, não deve ser descrita apenas por um único modelo teórico. O fóton, necessário para explicar o efeito fotoelétrico, e a onda, necessária para explicar a difração e a interferência complementam-se mutuamente. A luz tem uma natureza dual, isto é, exibe características ora onda, ora de partículas. O enunciado a seguir é o do denominado princípio da complementaridade de Bohr: No nível quântico, ambos os aspectos, o corpuscular e o ondulatório, são necessários para uma descrição completa do sistema estudado. Entretanto, apenas um desses aspectos é revelado numa experiência. O tipo de experiência realizada é que determina qual. 56 Entendendo melhor: um feixe de luz, vindo de um canhão laser, propagando-se no laboratório, deve ser considerado onda ou um feixe de partículas? Essa pergunta só tem respostas se, de alguma forma, interagirmos com o feixe. Se o interceptarmos com uma grade de difração, o feixe difratará, apresentando comportamento de onda. (Fig.6.20-A). Se o interceptarmos com uma placa de material fotoemissor (silício, por exemplo), fotoelétrons serão emitidos, apresentando comportamento corpuscular. (Fig. 6-20-B). Nenhum dos modelos deve ser usado isoladamente para descrever as propriedades da luz. Uma descrição completa e correta do comportamento da luz só é valida quando ambos os modelos são combinados de maneira complementar. Se a natureza dual da luz é, por si só, um conceito difícil de aceitar, mas intrigante ainda é o fato de que também a matéria apresenta natureza dual! Em 1923, em sua tese de doutorado, o físico francês Louis Victor, Duque de Broglie (Fig. 6.21), ou Louis de Broglie (1892-1987), como ficou mais conhecido, lançou uma ideia ousada e inovadora na Física: “Se fótons apresentam características de onda e de partículas [...], se elétrons são partículas mas também apresentam características ondulatórias, talvez todas as formas de matéria tenham características duais de onda e partícula”. Partindo dessa ideia, de Broglie sugeriu que partículas materiais também apresentariam propriedades ondulatórias e, consequentemente, um comprimento de onda característico, determinado pela sua quantidade de movimento. Tal comprimento de onda, denominado comprimento de onda de de Broglie associado à partícula é dado por: λ=h/Q λ=h/m.v em que h é a constante de Planck. Nessa fórmula fica evidente a hipótese dual da matéria. O caráter ondulatório é representado pelo comprimento de onda λ, e o caráter corpuscular, pela quantidade de movimento m.v. Até a época de sua formulação, nenhuma evidência experimental confirmava a hipótese da dualidade. A proposta de de Broglie foi inicialmente encarada como mera especulação. Seus opositores argumentavam que, se realmente a matéria tivesse caráter dual, deveríamos esperar que elétrons, em condições adequadas, sofressem difração ao passarem por fendas, fato que então, não se havia observado. Entretanto, em 1927, três anos após de Broglie publicar seu trabalho, C. J. Davisson e L. H. Germer, usando um alvo de níquel como rede de difração, mediram o comprimento de onda de elétrons acelerados (Fig.6.22) confirmando experimentalmente a teoria do físico francês, embora a ideia original fosse derrubar a hipótese de de Broglie (LD-3c, 2005, p. 218, 219, 220). No sentido de possibilitar o entendimento sobre o conceito, os autores da coleção LD- 3 trabalham com a explicação de exemplos, pois existe a preocupação em relacionar os 57 conhecimentos do modelo ondulatório com o de partícula, principalmente as propriedades e características da luz no modelo ondulatório e corpuscular, já que são fenômenos distintos. No fragmento 107, aparece claramente a abordagem de Resnick, Halliday e Krane (1992) conforme comentado no capítulo da Revisão da Literatura, sobre a luz possuir uma natureza dual e existirem dois fenômenos que expliquem o seu comportamento, uma experiência referente à interação de um raio de luz verificando o comportamento dessa luz, com a descrição de uma rede de difração no caminho dessa luz, na qual seu comportamento será ondulatório, e um sensor fotoelétrico considerando a luz como sendo um feixe de partículas, por esse motivo essas duas interpretações são absolutamente necessárias para compreendermos a natureza da luz. As duas coleções têm em comum a localização da exploração da teoria nas obras, em particular nos livros do terceiro ano. Esse fato pode ser explicado devido à complexificação no conhecimento do aluno, sendo necessário discutir, primeiramente, a luz e suas propriedades, bem como a reflexão, refração, difração. E mais tarde os fenômenos de interferência, polarização através da onda eletromagnética, afirmando que a luz é uma onda luminosa. Porém, a luz, com a sua natureza corpuscular, precisa ser discutida com o conceito de fóton e seus fenômenos em relação à radiação do corpo negro, tanto o efeito fotoelétrico quanto o efeito Compton, através da absorção e emissão. Mas será que esses conceitos, que antecedem a teoria, aparecem nas coleções? 3.3.2 Dualidade Onda-Partícula e Conceitos Relacionados Analisando individualmente os fragmentos, identificamos vários conceitos expressos, uma vez que os mesmos são compostos por frases e parágrafos. Assim, organizamos separadamente os conceitos encontrados, formando tabelas por coleção conforme apêndice 1. Porém, como ficou muita informação nastabelas, já que existem conceitos que aparecem apenas uma vez, ou duas vezes, delimitamos análise aos conceitos que apareceram dez ou mais vezes de acordo com as tabelas 6,7 e 8. 58 Tabela 6: Coleção LD-1; Agrupamento de Palavras em Destaque Palavras / conceitos Quantidades Onda 130 Propagação 67 Luz 64 Frequência 62 Velocidade 58 Comprimento de Onda 52 Meio 43 Interferência 33 Difração 31 Pulso 27 Refração 23 Crista 22 Partícula 21 Movimento Ondulatório 21 Vales 14 Reflexão 13 Vibração 12 Ondas Eletromagnéticas 12 Ondas Luminosas 11 Campo Magnético 10 Campo Elétrico 10 Fonte: Meggiolaro (2012). Tabela 7: Coleção LD-2; Agrupamento de Palavras em Destaque Palavras / conceitos Quantidades Ondas 68 Luz 57 Frequência 38 Partícula 37 Ondas Eletromagnéticas 30 Fótons (Quantum) 28 Elétron 25 Campo Elétrico 17 Movimento 16 Comprimento de Onda 15 Ondas Mecânicas 15 Radiação 15 Velocidade 15 Energia 14 Propagação 14 Campo Magnético 13 Perturbação 12 Distância 10 Intensidade 10 Fonte: Meggiolaro (2012). Tabela 8: Coleção LD-3; Agrupamento de Palavras em Destaque Palavras / conceitos Quantidades Ondas 141 Frequência 58 Partículas 50 Propagação 48 Comprimento de Onda 47 Luz 43 Onda Eletromagnética 35 Fótons / Pacotes de Energia/Quantum 34 Energia 31 Radiação 31 Velocidade 30 Meio 26 Interferência 18 Elétrons 16 Refração 16 Difração 15 Polarização 15 Movimento 14 Crista / pico 13 Infravermelho 13 Luz visível 13 Perturbação 13 Ondas Estacionárias 12 Período 12 Pulso de Onda 12 Microondas 11 Som 10 Ultravioleta 10 Vale 10 Fonte: Meggiolaro (2012). Para identificarmos os conceitos relacionados na tabela, destacamos os conceitos que possuem uma singularidade (tabelas 7 e 8), por fazerem parte da coleção que traz a teoria da dualidade expressa. Os conceitos foram: Comprimento de Onda; Elétron; Fóton (quantum); Frequência; Luz; Movimento; Onda; Ondas Eletromagnéticas; Partícula; Perturbação; Propagação; Radiação e Velocidade. 59 Baseado nesses conceitos é possível perceber que nos livros didáticos existe maior referência aos conceitos do modelo ondulatório, com maior ênfase nas explicações relacionada à Física Clássica, enquanto a discussão da Física Moderna ainda é muito pequena. Essa ênfase dos conceitos referente ao modelo ondulatório da luz pode ser encontrada nas duas coleções devido aos fenômenos referentes a ondas luminosas, ondas em cordas, ondas sonoras e ondas em superfície de um líquido. Os autores discutem sobre os fenômenos luminosos, natureza da onda (mecânica ou eletromagnética), propagação (transversal ou longitudinal) e grandezas de amplitude, comprimento de onda, velocidade, período e frequência. Cabe verificarmos se estes conceitos identificados estão relacionados com a teoria expressa na coleção. 3.3.3 O Modelo Ondulatório e Corpuscular da Luz x Dualidade Onda-Partícula Já mostramos, nas tabelas 3, 4 e 5, que a teoria sobre a dualidade está expressa em duas coleções, LD-2 e LD-3, através dos Fragmentos 68 e 107. Também destacamos os conceitos que mais foram citados nos livros didáticos: Comprimento de Onda; Elétron; Fóton (quantum); Frequência; Luz; Onda; Ondas Eletromagnéticas; Partícula; Perturbação; Propagação; Movimento; Radiação e Velocidade. Neste momento, cabe pensar sobre esses conceitos, que são característicos do modelo ondulatório e de partículas, e questionar se estão relacionados com a teoria da dualidade. Para aprender a teoria dualidade onda-partícula, é preciso tomar o conhecimento dos conceitos que estão relacionados a ele. A dualidade não é uma característica a mais da luz, mas, sim, é a forma de representação de fenômenos distintos a partir da mesma luz. Salvetti (2008) descreve que a luz é composta de fótons, no qual cada fóton tem características de partículas, no sentido em que se propagam sem se espalhar, e também possuem características ondulatórias, com comprimentos de onda, frequência e a capacidade de interferir construtivamente ou destrutivamente. Sendo que a teoria da dualidade onda-partícula consegue explicar a luz, por exemplo, quando, ela interage com entidades maiores como um par de fendas, possuindo um 60 comportamento ondulatório, com entidades menores como os elétrons em um metal, revelando o comportamento do modelo de partícula (SALVETTI, 2008). Esse entendimento sobre a natureza microscópica da luz, com características de ondas e partículas, é a grande questão que o livro didático precisa discutir sobre o comportamento quântico. E, em ambas as coleções, as teorias se encontram no capítulo da Física Quântica, porém, pela descrição, representam um novo conteúdo, uma nova maneira de explicar a luz. Afinal, não existem indícios de que os conceitos que estão ali expressos, já tenham sido discutidos em outro momento nas coleções. Um exemplo em que a explicação da dualidade onda-partícula é vista como algo novo é o Frag. 68. Alguns comportamentos da luz (e das radiações em geral) podem ser explicados supondo-se que ela seja uma onda. No entanto, outros comportamentos só podem ser explicados supondo-se que ela seja formada por um feixe de partículas (fótons). [...] Hoje aceitamos a dupla natureza da luz, fato chamado de dualidade onda-partícula (LD-2c, 2005, p.478). Os autores apresentam o fragmento da teoria da dualidade revelando que “alguns comportamentos da luz” podem ser explicados com o comportamento de onda ou feixe de partículas; no entanto, esses autores já iniciaram a discussão no LD-2b, Frag. 67: A teoria ondulatória da luz teve grande sucesso e conseguiu explicar uma série de fatos sobre a luz (que veremos no volume 3). Entretanto, no final do século XIX e início do XX, começaram a surgir fatos que a teoria ondulatória não conseguia explicar. Foi criada então uma nova teoria, a Mecânica Quântica, segundo a qual a luz (e todas as ondas eletromagnéticas ) é formada por pequenos “pacotes”de energia, denominados fótons. Assim, os físicos dizem hoje que a luz tem uma natureza dual: em certos casos ela se comporta como onda e em outros como partícula (fóton) (LD-2b,2005, p.331). Observamos que os autores não trabalharam com os conceitos do modelo ondulatório e corpuscular, como antecedentes da dualidade, já que, no Frag. 67 existe uma discussão iniciada sobre o comportamento da luz, afirmando que a “luz tem uma natureza dual: em certos casos ela se comporta como onda e em outros como partícula (fóton)”. Essa explicação sobre a dualidade seria uma contextualização do estudado até o momento, pois, de fato, não existiu uma recorrência entre os modelos ondulatório e/ou corpuscular, com os autores não especificando quais são os comportamentos da luz que podem ser explicados como onda ou fóton. 61 Os autores do LD-3c também não estão levando em conta o estudo discutido nos livros, visto que o conceito da dualidade, da maneira como está sendo expresso, aparenta ser a primeira vez, explícito na coleção, desprezando a discussão sobre a luz, referente à onda, onda eletromagnética, e a discussão sobre a luz ser formada por fótons. Sobre os conceitos que foram destaque no decorrer da pesquisa nas coleções, podemos perceber, através da tabela 9, que existe em comum, nas duas coleções, os seguintes conceitos: Tabela 9: Conceitos Relacionados à Dualidade Onda-Partícula Conceito LD-2c LD-3c Comprimento de Onda Não Sim Elétron Não Sim Fóton Sim Sim Frequência Não Sim Luz Sim Sim Onda Sim Sim Onda Eletromagnética Não Não Partícula Sim Sim Perturbação Não Não Propagação Não Não Movimento Não Não Radiação Sim Sim VelocidadeNão Não Fonte: Meggiolaro (2012). A partir dessas informações sobre o Fóton, Luz, Onda, Partícula e Radiação, constatamos que os demais conceitos não estão relacionados com a teoria, pois, não são citados nos fragmentos. Não existindo qualquer relação direta. 3.3.3.1 Luz Os autores das duas coleções, ao abordarem nos Frag. 68 e Frag. 107 referente à luz, afirmam que a teoria sobre a dualidade onda-partícula é difícil de entender, pois eles trazem: “Mas, afinal, o que é a luz?” (LD-2c, 2005, p.478), e no Frag. 107, “afinal, a luz é onda ou partícula?” (LD-3c, 2005, p. 218, 219, 220). A questão nessa discussão é em relação aos fenômenos e suas contextualizações, não é uma questão de ser um comportamento ou outro. Portanto, se abrirmos o livro didático apenas na teoria da dualidade onda-partícula, teremos que concordar com os autores das coleções LD-2 e LD-3, com a expressão que irá 62 confundir, já que não possuímos informações suficientes sobre esse conceito. Principalmente se olharmos para o Frag. 68 do LD-2c, no qual não existe articulação sobre os fenômenos que foram estudados no decorrer da coleção, pois toda a discussão que antecede essa teoria na coleção LD-2, não possui ligação entre os conceitos, nem mesmo a historicidade com que a coleção estava abordando o modelo ondulatório. As duas coleções têm em comum a discussão que realizamos no Capítulo 2, referente à história em torno da luz, entre Newton e Huygens. Porém, no o Frag. 41 estão especificados apenas o nome de Newton, sobre o modelo corpuscular e não a sua discussão com Huygens. 63 Frag. 41. LD-2b, 2005, p. 327, 328. Frag. 94. LD-3c, 2005, p.127. Já no Frag. 94, Huygens é mencionado”: Newton defendia a hipótese de que a luz era constituída por partículas que obedecia às leis da Mecânica. A ideia de que a luz é constituída por atividade oscilatória de um meio não-identificado levou o físico e astrônomo holandês Christian Huygens (1629-1695) a propor, em 1687, a teoria ondulatória da luz (LD-3c, 2005, p.127). 64 Nestes dois fragmentos, os autores explicam que a luz possui uma natureza ondulatória. Savetti (2008) explicita a discussão que ocorreu para se entender a natureza da luz, entre Christian Huygens, que considerava a luz formada por ondas, e Newton, por corpúsculos. Em ambas as coleções, referente à discussão histórica sobre a natureza da luz, encontramos dois fragmentos, sendo que as discussões estão relacionadas com os acontecimentos que antecedem o século XX. Não existindo uma discussão sobre a natureza da luz, em relação aos fenômenos ondulatórios e de partículas (fótons), e nem menção sobre os desbravadores desse conhecimento. 3.3.3.2 Radiação Já quanto ao conceito da Radiação, os autores declaram no Frag. 68: “alguns comportamentos da luz (e das radiações em geral) [...]” e, no Frag. 107 “A verdadeira natureza da luz, e das demais radiações eletromagnéticas [...]” portanto, eles abordam radiações na explicação da teoria da dualidade, mas será que foi expressa anteriormente. Encontramos a presença desta palavra no LD-2c, através dos Fragmentos 61, 64 e 67, conforme a seguir. 65 Frag. 61. LD-2c, 2005, p. 465. Frag. 64. LD-2c, 2005, p. 474. 66 67 Frag. 67. LD-2c, 2005, p. 475, 476, 477. E de acordo com o LD-2c, através da descrição dos fragmentos relacionados acima, é possível perceber que os autores introduzem a discussão sobre radiação referente à explicação da transformação de radiação em matéria e energia de radiação. No decorrer do livro, eles discutem sobre Planck através do Frag. 64, relatando sobre a descoberta de Planck, mencionando sobre a história em relação ao dilema da época “sua hipótese em que a radiação emitida pelo corpo não ocorria de maneira contínua, mas sim na maneira de pequenos ‘pacotes’, de modo que energia (E) de cada ‘pacote’ seria proporcional à frequência (f) da radiação [...]”. Existe neste fragmento uma pequena relação com historicidade em mencionar que os outros cientistas tentaram explicar sobre a energia de cada pacote, mas, foi Planck que formulou uma reposta aceitável. E, no Frag. 67, os autores trabalham com a discussão de Einstein sobre o efeito fotoelétrico envolvendo a história, relatando o cientista que estava envolvido nesta experiência, no qual ele descreve “a explicação dada por Einstein é que a radiação é formada por quanta (fótons).” Os fragmentos relacionados à radiação no LD-2c fazem referências à radiação discutindo sobre os cientistas envolvidos como Planck e Einstein, fazendo referência à historicidade e à discussão sobre o conceito. Finalizam a discussão do capítulo 2 sobre a historicidade do conceito em que a Radiação Térmica descoberta, feita por Planck, se iniciou com uma caminhada desencadeando grande progresso científico. A natureza da luz foi novamente rediscutida por Einstein em seu experimento sobre o efeito fotoelétrico com a discussão em que a luz possuía comportamento similar ao de partículas, apresentando, assim, uma natureza dual (ROCHA, 2002). A radiação apresenta propriedades ondulatórias como difração, interferência e polarização e, em outras situações, comporta-se como feixe de partículas (WEBBER, RICCI, 2007). 68 Já, os autores do LD-3c descrevem sobre a radiação nos fragmentos 82, 92, 93, 94, 95, 96, 103 e 105, fazendo a discussão envolvendo diferentes frequências, comprimento de ondas e o efeito fotoelétrico. Frag. 82. LD-3b, 2005, p.109. 69 Frag. 92. LD-3c, 2005, p.123. 70 Frag. 93. LD-3c, 2005, p. 125, 126. Frag. 94. LD-3c, 2005, p.127. 71 Frag. 95. LD-3c, 2005, p.123. Frag. 96. LD-3c, 2005, p. 134. 72 Frag. 103. LD-3c, 2005, p.208, 209. Frag. 105. LD-3c, 2005, p.211, 212. Nessa coleção, os autores também abordam o espectro eletromagnético, discutindo sobre as diferentes frequências e comprimentos de ondas. Dessa forma, a radiação se torna interessante para o aluno, pois este consegue perceber aplicação dos conceitos, através de situações que eles já conhecem ou ouviram falar. Os autores também discutem, igualmente na outra coleção, as hipóteses de Planck e Einstein, através do Frag. 103: “Max Planck (1856- 1947) desenvolveu um modelo matemático para a emissão de radiação eletromagnética [...]” e, Frag. 105: “Como parte de uma publicação sobre radiação eletromagnética, que lhe valeu o prêmio Nobel em 1921, Einstein estendeu o conceito para ondas eletromagnéticas da quantização de Planck.” Ribeiro Filho (2002) descreve que Planck, com o seu problema da radiação do corpo negro, provou que a radiação térmica dependia da temperatura das paredes e não da sua natureza, seu problema estava ligado entre a radiação (a luz emitida) e a matéria (o corpo metálico), pois apresentavam resultados desconhecidos. “Apesar de tal dilema, ele tinha se 73 convencido de que a emissão e absorção de radiação só poderia verificar-se sob a forma de feixes energéticos ou porções discretas (ou grãos) de energia” (RIBEIRO FILHO, 2002, p.309). No entanto, como sua teoria não era compatível com as ideias da época, ele precisou afirmar que a luz era emitida de forma descontínua em pacotes de quanta de luz (hipótese introduzida por Einstein), na qual cada pacote possuía energias definidas correspondentes a múltiplos de determinadas frequências. Podemos afirmar que, nas coleções LD-2 e LD-3 referente ao conceito de radiação, os autores trabalham com a discussão do conceito ao longo do livro, porém nos Frag. 68 e Frag. 107, onde a teoria da dualidade onda-partícula esta expressa, não existe recorrência com os fragmentos que o antecedem. 3.3.3.3 Onda e Partícula (Fóton) Os conceitos de onda,partícula (fóton), também, parecem estar descontextualizados nos fragmentos, já que são citados de forma a apresentarem uma nova situação, como podemos perceber no Frag. 107 no qual os autores especificam, através de três fenômenos: interferência, difração e efeito fotoelétrico, o comportamento da luz como onda e partícula (fóton). A teoria de Einstein para o efeito fotoelétrico nos dá uma forte evidência em favor da idéia dos fótons ou partículas de luz. Esses fenômenos nos mostram que luz de freqüência f, quando interage com a matéria, o faz como se fosse constituída por partículas com energia E=h.f. Entretanto, os fenômenos de difração e interferência só podem ser explicados considerando a luz como uma onda [...] Se, por um lado, somente o modelo de fótons explica adequadamente o efeito fotoelétrico, por outro, somente o modelo ondulatório explica a difração e a interferência (LD-3c, 2005, p. 218, 219, 220). Cabe destacar que, no modelo ondulatório, no Frag. 107, “[...] os fenômenos de difração e interferência só podem ser explicados considerando a luz como uma onda [...]” e, no mesmo fragmento revelam uma possibilidade, de obtenção desse comportamento: “[...] Se o interceptarmos com uma grade de difração, o feixe difratará, apresentando comportamento de onda” (LD-3c, 2005, p.218, 219, 220). 74 Por outro lado, no modelo corpuscular, no Frag. 107 trazem: “Se, por um lado, somente o modelo de fótons explica adequadamente o efeito fotoelétrico [...]”. E também no decorrer da explicação eles revelam em qual situação a luz terá comportamento de partículas: “Se o interceptarmos com uma placa de material fotoemissor (silício, por exemplo), fotoelétrons serão emitidos, apresentando comportamento corpuscular” (LD-3c, 2005, p. 218, 219, 220). Já, no Frag. 68. Do LD-2c, “Alguns comportamentos da luz (e das radiações em geral) podem ser explicados supondo-se que ela seja uma onda.”, porém os autores durante a explicação da dualidade onda-partícula não relatam em qual comportamento a luz é explicada como sendo uma onda. E, ainda, eles continuam a explicação complementando que “No entanto, outros comportamentos só podem ser explicados supondo-se que ela seja formada por um feixe de partículas (fótons).”. Percebemos pelo fragmento que os autores continuam não explicando o comportamento da luz. Sobre a apresentação da luz como onda-partícula relacionada ao contexto histórico, encontramos no LD-2c no Frag. 57 e no LD-3c no Frag. 90 a abordagens dos autores referente à luz ser uma onda eletromagnética relacionada a Maxwell, no qual ele discute sobre o campo elétrico e magnético, chegando à conclusão de que a luz é uma onda eletromagnética. 75 Frag. 57. LD-2c, 2005, p. 440, 441, 442. 76 77 Frag. 90. LD-3c, 2005, p. 116, 117. E, apenas no livro LD-3c no Frag. 94, localizamos sobre Huygens e sobre a teoria ondulatória e Thomas Young sobre a comprovação da teoria, no momento em que são apresentadas no livro didático as diferentes frequências e comprimentos de ondas. 78 Frag. 94. LD-3c, 2005, p.127. E, novamente no LD-3c, no Frag. 99 encontramos sobre Young discutindo o fenômeno de interferência, e, no Frag. 107, encontramos a explicação da teoria da dualidade onda-partícula. 79 Frag. 99. LD-3c, 2005, p.140. Para Ribeiro Filho (2002), a luz se comporta como onda na experiência da dupla fenda de Young, produzindo o fenômeno de interferência, ou se comporta como corpúsculo, considerando o efeito fotoelétrico, revelando um caráter dual. Essas situações que o LD-3c cita podem ser relacionadas com a discussão de Salvetti (2008), quando se referia aos fenômenos do mundo microscópico e macroscópico, afirmando que a radiação pode revelar um duplo caráter, pois ela não é descrita puramente pelos fenômenos ondulatórios e nem corpusculares. Assim, é possível concluir que nem a teoria ondulatória e nem a corpuscular explicam, sozinhas, os aspectos e comportamentos da 80 radiação observados na natureza, nas quais, em determinadas circunstâncias, a luz se comporta ora como onda e ora como partícula. Para a análise, voltada ao estudo da Física Moderna referente ao fóton, podem-se explicar os fenômenos da luz, considerando o comportamento corpuscular de partículas (fótons) para a luz. Constatamos que os autores iniciam essa discussão no livro didático, através do Frag. 37, LD-2a, fazendo referência sobre a Física Hoje, no qual citam sobre o fóton “Como exemplo de energia podemos citar a luz, que, de acordo com a Mecânica Quântica, é formada por pequenos ‘pacotes’ de energia, denominada fótons” Frag. 37. LD-2a, 2005, p.17. E complementam no Frag. 39 que: “De acordo com a Mecânica Quântica, a luz é formada por pequenos “pacotes” de energia denominados fótons, [...]” 81 Frag. 39. LD-2a, 2005, p.432. Os autores da coleção LD-2, antes de trabalharem com os conceitos da Física Moderna no terceiro ano, já abordaram a introdução da discussão sobre a luz, referente ao fóton. Salvetti (2008) afirma que o fóton se revela quando ele interage microscopicamente com o elétron. Também é possível perceber a relação com a teoria ondulatória, conforme Frag. 44 [...] a teoria ondulatória da luz teve grande sucesso e conseguiu explicar uma série de fatos sobre a luz (que veremos no volume 3). Entretanto, no final do século XIX e início do XX, começaram a surgir fatos que a teoria ondulatória não conseguia explicar. Foi criada então uma nova teoria, a Mecânica Quântica, segundo a qual a luz (e todas as ondas eletromagnéticas) é formada por pequenos “pacotes” de energia, denominados fótons. Assim, os físicos dizem hoje que a luz tem uma natureza dual: em certos casos ela se comporta como onda e em outros como partícula (fóton) (LD-2b,2005, p.331). As duas coleções têm a mesma lógica, pois fazem referência às concepções de Planck e Einstein em relação ao fóton, conforme Frag. 61 e 65 da coleção LD-2, e Frag. 103 da coleção LD-3 De acordo com a Física Clássica, as ondas eletromagnéticas se propagam de uma maneira contínua. No entanto, de acordo com a Mecânica Quântica, as ondas eletromagnéticas se propagam na forma de “pacotinhos” denominados fótons. Cada fóton tem uma quantidade de energia que depende da freqüência da onda eletromagnética, [...] (LD-2c, 2005, p.465). 82 Frag. 65. LD-2c, 2005, p.474. 83 Frag. 103. LD-3c, 2005, p.208, 209. A coleção do LD-3, no Frag. 103, refere-se ao fóton, mais detalhadamente sobre a sua descrição, em relação a Planck com a ideia do quantum “As partículas emitem radiação em unidades discretas denominadas quanta (plural de quantum), às quais mais tarde Einstein atribuiu o sugestivo nome de fótons, que significa “partículas de luz” (Frag. 103, LD-3c, 2005, p.208, 209.) A partir disso, podemos recorrer a ideia de Planck referente à quantização de energia e às discussões que emergiram sobre o “quanta” de luz, discutido por Einstein no efeito fotoelétrico, no qual passou a ser conhecido como fóton ou partículas de luz. No Frag. 105, Einstein “Admitiu que a luz e as demais radiações eletromagnéticas deveriam ser 84 consideradas como um feixe de pacotes de energia, aos quais chamou fótons, cada um transportando uma quantidade de energia E igual a h.f.” Frag. 105. LD-3c, 2005, p.211, 212. Os autores também relatam sobre a evidência que o efeito fotoelétrico nos propicia à ideia de fótons e partículas. Porém, não está expresso o que ocorre com essa interação na matéria. É preciso associar que um material metálico é exposto a uma radiação eletromagnética, com frequências altas, e essa radiação arrancará elétrons desse material, no qual ao colidirem com o material irá transferir energiapara ele. Os autores contextualizam o experimento fazendo referência ao efeito fotoelétrico, que pode ser explicado considerando a luz sendo partícula. Resnick, Halliday e Krane (1992, p.134) explicam esse fenômeno onde “uma luz de freqüência v incide sobre uma superfície metálica (emissor E) e, se a freqüência for suficientemente alta, a luz arrancará elétrons da superfície. Estabelecendo-se uma diferença de potencial apropriada, V, entre o emissor E e o 85 coletor C, podemos detectar os fotoelétrons, assim denominados os elétrons liberados nesse efeito, sob a forma de uma corrente fotoelétrica i”. Em ambas as coleções, para o entendimento da dualidade onda-partícula, é preciso compreender o comportamento ondulatório e o comportamento corpuscular, sabendo identificar suas características. Essas obras têm a preocupação em explicar detalhadamente sobre o que é o fóton e onda eletromagnética não apenas em um momento do livro didático, mas sim no decorrer dos estudos, com grande ênfase aos conteúdos de ondas. Porém, quando apresentam a teoria da dualidade nos Frag. 68 e Frag. 107 não fazem recorrência com as discussões ocorridas nos livros. Referente ao contexto histórico dos fatos que estiveram envolvidos até se chegar a uma conclusão de que a luz possui um caráter dual, os livros didáticos das duas coleções timidamente introduzem em seus estudos alguns apontamentos referentes aos cientistas, mas de forma sucinta sem muitas explicações e sequência nos textos. A partir das análises sobre a recorrência dos conceitos do fóton, luz, onda, partícula e radiação com a teoria da dualidade onda-partícula, os resultados apontaram que os livros didáticos analisados são fragmentados e seus conceitos não possuem recorrência, pois em cada seção se inicia um novo conteúdo, sem muita ligação com o anterior. Não existe a discussão com conhecimentos anteriores, principalmente os conceitos da Física Clássica relacionados com os da FMC. Compete ainda destacar que as análises das três coleções dos livros didáticos indicaram que o material precisa ser repensado na sua utilização em relação à abordagem do conceito da dualidade onda-partícula. Não estamos nos referindo sobre a veracidade do conteúdo, mas sim em relação às suas conexões com os demais conhecimentos. Porém, como ainda não existe essa articulação nessas três coleções didáticas, esta tarefa acaba sendo realizada pelo professor, oferecendo ao aluno condições que favoreçam a aprendizagem através de outros métodos e estratégias de ensino. 86 CONSIDERAÇÕES FINAIS Para compreendermos a discussão do comportamento da luz através da evolução das concepções no processo de criação científica, a reflexão sobre a Física Moderna e Contemporânea no ensino de física se faz necessária devido à complexificação dos conceitos envolvidos, os aspectos da discussão da luz em possuir um caráter dual no ensino de física da educação básica é a chave para o entendimento da FMC no ensino. Uma vez que a teoria da dualidade onda-partícula está entre o elo dos conceitos discutidos sobre a luz na Física Clássica e a FMC. Nesta perspectiva, acreditamos ser imprescindível o seu estudo explícito nos livros didático, devido toda a sua discussão epistemológica ao longo dos séculos e a grande importância do aluno ter o conhecimento que a luz também está ligada com o início da discussão do mundo microscópico. E, a partir do objetivo geral, que era identificar se a teoria da dualidade onda-partícula era abordada em coleções de livros didáticos de Física, indicados no Catálogo do Programa Nacional do Livro para o Ensino Médio – Física, PNLEM/2009, atingimos o primeiro objetivo específico no qual realizamos um capítulo sobre a revisão na busca das análises conceituais sobre a natureza da luz. Estes nos ajudaram a compreender como o conhecimento da dualidade onda-partícula está sendo apresentado nos livros didáticos de Física. Neste sentido, levantamos a discussão sobre a FMC no contexto escolar, já que esse estudo propicia ao sujeito o contato com as potencialidades em relação ao desenvolvimento da humanidade, estabelecendo vínculos com o cotidiano tecnológico atual. Discutimos sobre a FMC na educação frente à posição de documentos oficiais e a importância do livro didático no contexto do professor e do aluno, no qual Romanatto (2004) declara que o livro didático precisa interagir com o aluno com competência. E a decisão da sua utilização ou não em sala de aula está nas mãos do professor, já que o livro didático é um instrumento que pode ser utilizado pelo professor como um suporte para o planejamento de sua aula e pelos alunos como um suporte de conhecimento voltado à aprendizagem. Também apresentamos uma discussão sobre a FMC, referente às novas concepções sobre o mundo, com um olhar filosófico, e a evolução do pensamento científico, bem como, as mudanças nas concepções da Física em relação à Física Clássica e a FMC. 87 Nosso segundo objetivo referia-se às análises, na apresentação da teoria da dualidade onda-partícula nos livros didáticos de Física. Para o desenvolvimento dessa pesquisa, percorremos algumas etapas, que nos ajudaram a responder a problemática em questão: O livro didático de Física no Ensino Médio, sendo um dos principais instrumentos didáticos dos professores no planejamento de suas aulas, aborda a teoria da dualidade onda-partícula? E, se aparece, quais são os conceitos mais utilizados nas coleções? Esses conceitos estão relacionados com a teoria da dualidade onda-partícula? A partir da Análise Textual Discursiva de Moraes e Galiazzi (2007), traçamos a construção e organização das análises, referente às três coleções didáticas indicadas pelo PNLEM, nas quais apenas duas coleções apresentavam a teoria da dualidade onda-partícula, sendo a coleção LD-2 e LD-3. Nos livros LD-2c e LD-3c, através das palavras-chave dualidade, onda, partícula, onda-partícula e dualidade onda-partícula, destacamos os conceitos que mais se repetiram dentro dos fragmentos, sendo: Comprimento de Onda, Elétron, Fóton, Frequência, Luz, Onda, Onda Eletromagnética, Partícula, Perturbação, Propagação, Movimento, Radiação e Velocidade. Logo, com esses conceitos fizemos a verificação referente à recorrência com a teoria da dualidade onda-partícula, explícita no material. Enfim, percebemos com as análises que a teoria da dualidade onda-partícula é apresentada nos livros didático de física como sendo um novo conceito uma vez que os autores discutem nos livros as concepções da luz, em relação ao caráter corpuscular e ondulatório através de Newton e Huygens, mais tarde Maxwell com a comprovação da natureza ondulatória e, a discussão de pacotes de energia através do fóton na FMC. Porém, na apresentação da natureza dual, ela aparece como sendo algo totalmente novo, fragmentada com os demais conceitos, não representando um complemento do entendimento sobre o mundo no qual estamos inseridos, e discussões ao longo dos séculos. No momento que estes livros não apresentam com clareza o conceito da teoria dual da luz, temos outra situação na qual será preciso a intervenção do professor, no sentido de relacionar os demais conhecimentos envolvidos na teoria, propiciando ao aluno uma compreensão através da diferença de fenômenos que caracterizam a luz como onda e partícula. 88 Devido a nossa preocupação quanto à utilização pelo professor, em seu planejamento e também nas aulas, um material que seja completo, e que aborde a teoria da dualidade onda- partícula, reportando à história do conceito, apontamos aqui como sugestões a indicação de alguns sites que abordam textos sobre o ensino de física e a FMC: A Física na Escola, (SBF)18 disponibiliza textos com o objetivo de apoiar as atividades dos professores de física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, (UFSC)19 disponibilizatextos com o intuito de contribuir com a qualidade do ensino de física. Revista Brasileira de Ensino de Física, (SBF)20 periódico que tem por objetivo contribuir para o desenvolvimento de metodologias e materiais para o ensino de física. Para finalizar, registro algumas inquietações que permanecem no sentido de percebemos que a educação precisa constantemente ser discutida. Será que os demais livros didáticos utilizados no Ensino de Física abordam a teoria da dualidade onda-partícula? E a discussão epistemológica ocorre nesses materiais? Estes livros didáticos também priorizam as concepções da natureza da luz, referente à discussão da Física Clássica? E referente ao conceito, ele está expresso corretamente? 18 http://www.sbfisica.org.br/fne 19 www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica 20 www.sbfisica.org.br/rbef http://www.sbfisica.org.br/fne http://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica http://www.sbfisica.org.br/rbef 89 REFERÊNCIAS ALVARENGA, Luciano. Introdução à Física Moderna no Ensino Médio através da discussão do dualismo onda-partícula. 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APÊNDICE 1: TABELAS REFERENTE AO AGRUPAMENTO DE PALAVRAS EM DESTAQUE TABELA 6 Coleção LD-1: Agrupamento de palavras em destaque Palavras / conceitos Quantidades Onda 130 Propagação 67 Luz 64 Freqüência 62 Velocidade 58 Comprimento de onda 52 Meio 43 Interferência 33 Difração 31 Pulso 27 Refração 23 Cristas 22 Partícula 21 Movimento ondulatório 21 Vales 14 Reflexão 13 Vibração 12 Ondas eletromagnéticas 12 Ondas luminosas 11 Campo magnético 10 Campo elétrico 10 Amplitude 9 Reflexão 8 Período 8 Linhas nodais 8 Espectro eletromagnético 8 Elétron 8 Direção 8 Raios x 7 Radiação 7 Microondas 7 Deslocamento 7 Radiação infravermelha 6 Oscilam 6 Ondas de rádio 6 Modelo corpuscular da luz 6 Feixe luminoso 6 Distância 6 Ultravioleta 5 Raios da onda 5 Propriedades 5 Ondas sonoras 5 Onda longitudinal 5 Natureza da luz 5 Modelo ondulatório da luz 5 Ângulo de incidência 5 Onda transversal 4 Interferência construtiva 4 Ângulo de reflexão 4 Absorvidos 4 Radiação eletromagnética 3 Interferência destrutiva 3 Fenômenos luminosos 3 Átomos 3 Teoria da relatividade 2 Tempo 2 Temperatura 2 Radiações luminosas 2 Radiação visível 2 Pulsos retos 2 Pulso circulares 2 Ondas mecânicas 2 Obliquo 2 Nó 2 Natureza eletromagnética da luz 2 Movimento browniano 2 Movimento 2 Gama 2 Franjas interferência 2 Fonte luminosas 2 Espalhando-se 2 Dimensões 2 Cores dos corpos 2 Carga elétrica 2 Beta 2 Atração gravitacional 2 Alfa 2 Voltagem 1 Viscosidade 1 Transversais 1 Trajetória 1 Teoria ondulatória da luz 1 Suspensão 1 Superfície 1 Som 1 Rarefações 1 Raios gama 1 Raios catódicos 1 Radiação térmica 1 Ondas hertzinas 1 Onda eletromagnética 1 Número de avogado 1 Núcleos 1 Natureza das radiações 1 Massa 1 Longitudinais 1 Líquido 1 Irradiação 1 Infravermelho 1 Hidrogênio 1 Força de atração 1 Fissão nuclear 1 Fenômenos sonoros 1 Explosões nucleares 1 Espectro de luz 1 Espectro 1 Equilibram 1 Energias 1 Elementos radioativos 1 Dinâmica dos corpos 1 Desintegrar 1 Desacelerador 1 Compressões 1 Circuitos elétricos 1 Atmosfera 1 Ângulo 1 Agitação moléculas 1 Acelerador 1 Fonte: Meggiolaro 2012. 96 TABELA 7 LD-2 -Agrupamento de palavras em destaque Palavras / conceitos Quantidades Ondas 68 Luz 57 Freqüências 38 Partícula 37 Ondas eletromagnéticas 30 Fótons (quantum) 28 Elétron 25 Campo elétrico 17 Movimento 16 Comprimento de onda 15 Ondas mecânicas 15 Radiação 15 Velocidade 15 Energia 14 Propagação 14 Campo magnético 13 Perturbação 12 Distancia 10 Intensidade 10 Difração 9 Movimentos 9 Ondas longitudinais9 Ondulações 9 Período 9 Pacotes de energia 8 Prótons 8 Oscilam 7 Cristas 6 Efeito fotoelétrico 6 Ondas transversais 6 Raios 6 Reflexão 6 Som 6 Ultravioleta 6 Átomo 5 Natureza da luz 5 Nêutrons 5 Onda periódica 5 Vale 5 Amplitude 4 Ângulo 4 Cargas elétricas 4 Energia cinética 4 Meios opacos 4 Refração 4 Atrito 3 Comportamento da luz 3 Corpos iluminados 3 Corpos luminosos 3 Pósitrons 3 Superfície da onda 3 Corrente elétrica 2 Cospusculos materiais 2 Deslocamento 2 Dualidade onda-partícula 2 Espectro eletromagnético 2 Fissão 2 Infravermelho 2 Moléculas 2 Ondas harmônicas 2 Ondas tridimensional 2 Polarização 2 Propriedades 2 Pulso 2 Repouso 2 Teoria ondulatória 2 Absorção 1 Constante de Planck 1 Corpo negro 1 Principio de complementaridade 1 Principio de incerteza 1 Quantidade de energia 1 Raios x 1 Relatividade 1 Vibração 1 Fonte: Meggiolaro 2012. 97 TABELA 8 LD-3 - Agrupamento de palavras em destaque Palavras / conceitos Quantidades Ondas 141 Freqüência 58 Partículas 50 Propagação 48 Comprimento de onda 47 Luz 43 Onda eletromagnética 35 Fótons / pacotes de energia/quantum 34 Energia 31 Radiação 31 Velocidade 30 Meio 26 Interferência 18 Elétrons 16 Refração 16 Difração 15 Polarização 15 Movimento 14 Crista / pico 13 Infravermelho 13 Luz visível 13 Perturbação 13 Ondas estacionárias 12 Período 12 Pulso de onda 12 Microondas 11 Som 10 Ultravioleta 10 Vale 10 Interferência construtiva 9 Interferência destrutiva 9 Amplitude 8 Átomos 8 Distancia 8 Matéria 8 Perpendicular 8 Radiação eletromagnética 8 Raios gama 8 Reflexão 8 Antipartícula/pósitron 7 Emissão alfa 7 Espectro eletromagnético 7 Onda transversal 7 Ondas mecânicas 7 Vibrações 7 Emissão 6 Energia cinética 6 Massa 6 Raios x 6 Absorção 5 Campos elétricos 5 Fotoelétron 5 Modelo ondulatório 5 Onda longitudinal 5 Ondas luminosas 5 Ondulatório 5 Propriedades 5 Superfície 5 Ângulo 4 Campos magnéticos 4 Carga elétricas 4 Comportamento 4 Fusos 4 Nós 4 Quantidade de movimento 4 Raio da onda 4 Superposição 4 Tempo 4 Corpuscular 3 Desintegrações 3 Espectro 3 Fonte 3 Moléculas 3 Onda luminosas 3 Ondas periódicas 3 Oscilações 3 Posição 3 Prótons 3 Quantidade de energia 3 Caráter dual 2 Constante de Planck 2 Emissão beta 2 Força eletromotriz 2 Freqüência fundamental 2 Intensidade 2 Não polarizada 2 Natureza 2 Natureza da luz 2 Natureza dual da luz 2 Nêutrons 2 Níveis de energia 2 Obstáculos 2 Partícula elementares 2 Raio de luz 2 Relatividade 2 Ventres 2 Acelerador de partículas 1 Agitação térmica 1 Amplificada 1 Antinós 1 Astrofísica 1 Células 1 Colisões 1 Corrente elétrica 1 Deslocamento 1 Dispersão 1 Efeito fotoelétrico 1 Efeitos biológicos 1 Energia potencial 1 Equilíbrio 1 Espectro da radiação eletromagnética 1 Espectro de luz 1 Estrutura atômica 1 Estrutura molecular 1 Éter 1 Expansões 1 Física elementar 1 Fissão 1 Força 1 Funções da onda 1 Fussão 1 Grandezas 1 Matéria condensada 1 Meio luminoso 1 Modelo atômico de Bohr 1 Modelo corpuscular 1 Movimento ondulatório 1 Movimento oscilatório 1 Mutações 1 Núcleo 1 Numero atômico 1 Ondas de rádio 1 Ondas hertzianas 1 Óptica 1 Principio de complementaridade 1 Principio de conservação 1 Principio de incerteza 1 Radiação térmica 1 Radioatividade 1 Temperatura 1 Termologia 1 Volume 1 Zero absoluto 1 Fonte: Meggiolaro 2012. APÊNDICE 2: FRAGMENTOS RETIRADOS DOS LIVROS DIDÁTICOS Frag. 1. LD-1a, 2005, p.14 Frag. 2. LD-1a, 2005, p.14 99 Frag. 3. LD-1a, 2005, p.173 Frag. 4. LD-1a, 2005, p.216 100 Frag. 5. LD-1a, 2005, p.316 Frag. 6. LD-1b, 2005, p.93 Frag. 7. LD-1b, 2005, p.199.... 101 Frag. 8. LD-1b, 2005, p.269 v 102 Frag. 9. LD-1b, 2005, p.270 103 Frag. 10. LD-1b, 2005, p.271 Frag. 11. LD-1b, 2005, p.292 104 Frag. 12. LD-1b, 2005, p.293 105 Frag. 13. LD-1b, 2005, p.294 106 Frag. 14. LD-1b, 2005, p.294,295 107 Frag. 15. LD-1b, 2005, p.295,296 108 Frag. 16. LD-1b, 2005, p.296 109 Frag. 17. LD-1b, 2005, p.298 110 Frag. 18. LD-1b, 2005, p.299 111 Frag. 19. LD-1b, 2005, p.300 112 Frag. 20. LD-1b, 2005, p.301,302. 113 Frag. 21. LD-1b, 2005, p.303,304 114 115 Frag. 22. LD-1b, 2005, p.305, 306. 116 117 Frag. 23. LD-1b, 2005, p.307,308 118 119 Frag. 24. LD-1b, 2005, p.309,310 120 121 Frag. 25. LD-1b, 2005, p. 311 122 Frag. 26. LD-1b, 2005, p.312 123 Frag. 27 . LD-1c, 2005, p.261 Frag. 28. LD-1c, 2005, p.304 124 Frag. 29. LD-1c, 2005, p.305 Frag. 30. LD-1c, 2005, p.306 125 Frag. 31. LD-1c, 2005, p. 307 126 Frag. 32. LD-1c, 2005, p. 308 127 Frag. 33. LD-1c, 2005, p.311 128 Frag. 34. LD-1c, 2005, p.312 129 Frag. 35. LD-1c, 2005, p.313 130 Frag. 36. LD-1c, 2005, p.314 Frag. 37. LD-1c, 2005, p.315 Frag. 37. LD-2a, 2005, p.17 131 Frag. 38. LD-2a, 2005, p.17 Frag. 39. LD-2a, 2005, p.432 132 Frag. 40. LD-2b, 2005, p.324 Frag. 41. LD-2b, 2005, p.327, 328 133 Frag. 42. LD-2b, 2005, p.328 134 Frag. 43. LD-2b, 2005, p.330 Frag. 44. LD-2b, 2005, p.331 135 Frag. 45. LD-2b, 2005, p.333 Frag. 46. LD-2b, 2005, p. 344 136 Frag. 47. LD-2b, 2005, p.347 Frag. 48. LD-2b, 2005, p.348 137 Frag. 49. LD-2c, 2005, p.429 Frag. 50. LD-2c, 2005, p. 430 138 Frag. 51. LD-2c, 2005, p. 430 139 Frag. 52. LD-2c, 2005, p. 431 Frag. 53. LD-2c, 2005, p.433,434,435 140 141 Frag. 54. LD-2c, 2005, p. 435 142 Frag. 55. LD-2c, 2005, p. 437,438 143 Frag. 56. LD-2c, 2005, p. 438 144 Frag. 57. LD-2c, 2005, p. 440, 441,442 145 146 Frag. 58. LD-2c, 2005, p. 443 147 Frag. 59. LD-2c, 2005, p. 444 148 Frag. 60. LD-2c, 2005, p. 444,445 149 Frag. 61. LD-2c, 2005, p. 465 Frag. 62. LD-2c, 2005, p. 466 150 Frag. 63. LD-2c, 2005, p. 468 Frag. 64. LD-2c, 2005, p. 474 151 Frag. 65. LD-2c, 2005, p. 474 152 Frag. 66.LD-2c, 2005, p. 475 Frag. 67. LD-2c, 2005, p. 475, 476,477 153 154 Frag. 68. LD-2c, 2005, p. 478 Frag. 69. LD-2c, p. 480, 481 155 Frag. 70. LD-2c, p. 481 Frag. 71. LD-3a, 2005, p. 3 Frag. 72. LD-3a, 2005, p. 6 156 Frag. 73. LD-3b, 2005, p. 96 Frag. 74. LD-3b, 2005, p. 97 157 Frag. 75. LD-3b, 2005, p. 3 158 Frag. 76. LD-3b, 2005, p. 99 159 Frag. 77. LD-3b, 2005, p.100 160 Frag. 78. LD-3b, 2005, p.101 161 Frag. 79. LD-3b, 2005, p.102 103 162 Frag. 80. LD-3b, 2005, p.106,107 163 164 Frag. 81. LD-3b, 2005, p.108, 109 165 Frag. 82. LD-3b, 2005, p.109 166 Frag. 83. LD-3b, 2005, p.112 Frag. 84. LD-3b, p.115,116 167 168 Frag. 85. LD-3b, p. 118,119 169 170 Frag. 86. LD-3b, p. 121 171 Frag. 87. LD-3b, p. 122 Frag. 88. LD-3b, p.123,124,125,126 172 173 174 Frag. 89. LD-3c, p.118, Frag. 90. LD-3c, p.119,120. 175 176 Frag. 90. LD-3c, p. 116, 117. 177 178 Frag. 91. LD-3c, 2005, p.121 179 Frag. 92. LD-3c, 2005, p.123 180 Frag. 93. LD-3c, 2005, p. 125,126 181 Frag. 94. LD-3c, 2005, p.127 182 Frag. 95. LD-3c, 2005, p.123 Frag. 96. LD-3c, 2005, p. 134 183 Frag. 97. LD-3c, 2005, p.138 Frag. 98. LD-3c, 2005, p.139 184 Frag. 99. LD-3c, 2005, p.140 Frag. 100. LD-3c, 2005, p.187 185 Frag. 101. LD-3c, 2005, p.201 Frag. 102. LD-3c, 2005, p.207 186 Frag. 103. LD-3c, 2005, p.208,209 187 Frag. 104. LD-3c, 2005, p.210 Frag. 105. LD-3c, 2005, p.211, 212 188 Frag. 106. LD-3c, 2005, p.214 Frag. 107. LD-3c, 2005, p.218,219,220 189 190 191 Frag. 108. LD-3c, 2005, p.223 192 Frag. 109. LD-3c, 2005, p.224 193 Frag. 110. LD-3c, 2005, p.227 Frag. 111. LD-3c, 2005, p.231 194 Frag. 112. LD-3c, 2005, p.232 195 Frag. 113. LD-3c, 2005, p. 233 Frag. 114. LD-3c, 2005, p.236 Frag. 115. LD-3c, 2005, p.242 196 Frag. 116. LD-3c, 2005, p.244, 245 197