Bom Professor

Sempre que entra-se neste debate fico pensando em quem eram meus bons professores e tento comparar com os bons professores de hoje em dia.
   Hoje, fala-se muito em contextualizar, em dar significado ao conhecimento do aluno, porém lembro-me que quando eu estava aprendendo ciências não havia toda esta pesquisa em ensino que temos hoje e lembro-me também que não se falava muito nestas questões, mas meus professores me conquistavam. Seus artifícios eram o carinho e a dedicação que sentíamos deles, claro os professores de ciências faziam muitos experimentos que não pensávamos, mas não teriam a utilidade que tanto se perguntam os alunos "Pra que vou usar isso na minha vida?". 
   Os tempos mudaram, hoje talvez os alunos sejam ainda mais questionadores quanto às razões de dado conhecimento, mas penso que a primeira coisa que o aluno deve sentir é o professor com muita vontade de ensiná-lo, a segunda é o professor realmente apresentar a vontade desta troca que é o conhecimento. 
   O conhecimento deve emocionar o aluno, ele deve querer conhecer antes de tudo e o professor precisa saber se reconhecer como o caminho para ligar o aluno ao seu conhecimento.
   Quando em sala de aula, procuro me colocar neste local, mesmo que as escolas ainda não favoreçam este tipo de aprendizagem, o bom professor deve procurar um meio de fazê-la acontecer, por aí o aluno sentirá sua dedicação, emoção e interesse em "ensiná-lo" e estimular-se-á  a querer aprender.

Questão Facebook.

Considere as seguintes situações:

  (I)  Uma esfera de raio R desliza, sem rolar, num plano inclinado de altura H. 

  (II) A mesma esfera rola, sem deslizar, num plano inclinado de mesma altura (há atrito nesta situação). Considere que o momento de inércia da esfera é dado por I_e=2/5 mR², em que m é massa da esfera. 

   A velocidade de translação da esfera na base do plano na situação (I) é dado por v_((I))=√2gH. Qual será a velocidade de translação da esfera na base do plano na situação (II)?

Resolução:

 Entendendo o problema:

   

   É mais fácil resolver este problema por conservação de energia mecânica.

   Quando a esfera é largada no topo do plano possui apenas energia potencial gravitacional. Ao chegar na base a esfera está transladando graças ao movimento de rotação, então esta possuirá ao mesmo tempo energia cinética de rotação e de translação.

 ,, ,
e 

onde são as equações da Energia cinética de rotação, energia cinética de translação, energia potencial gravitacional e o momento de inércia para a esfera, respectivamente.

Como a energia deve ser conservada, podemos utilizar este fato na resolução do problema.

                                     

substituindo o momento de inércia e usando a relação entre a velocidade angular e a velocidade linear na equação a cima

(relação entre as velocidades angular e linear)

Cinemática 1: Conceitos iniciais

Cinemática

            Cinemática é a parte da física que trata dos movimentos. Define as grandezas físicas como posição, deslocamento, tempo, velocidade e aceleração. Não tem a preocupação de descobrir as razões dos mesmos, por outro lado trata do seu mecanismo e suas equações.

Referencial:

Imagine que você está jogando xadrez e já na primeira jogada você anuncia peão branco da casa B2 para casa B3. Perceba que nesta situação foram necessárias duas informações para localizar o peão. 
Por outro lado imagine uma estrada retilínea muito grande onde há a necessidade de localizar um veículo que por ela trafega. Ao fazer isto você precisa de um conjunto de números para representar a posição e como está orientado este conjunto numérico.
Adotamos um sistema orientado de coordenadas quando queremos localizar um objeto, a este sistema chamamos de referencial. Neste sistema é sempre importante empregarmos um ponto que chamaremos de origem e representará a posição cuja coordenada é zero.

Dependendo do referencial podemos definir se o objeto está ou não em movimento, definir a posição que este corpo se encontra, a velocidade dentro deste referencial.

Este sistema de coordenadas pode ser de uma, duas ou três dimensões, como exemplificado na figura abaixo.

Referencial Unidimensional

Referencial Bidimensional

Referencial tridimensional

Um referencial pode estar localizado em uma estrada, um tabuleiro de jogos e outros sistemas.

Referencial unidimensional: neste caso indica o início da estrada Federal BR-101. Esta é a origem do referencial.

Neste tabuleiro de Xadrez indicamos o referencial pela linha em que se encontra e pela coluna. A origem está na coluna A-linha 1.

Como pode ser visto há uma importância fundamental na escolha do referencial em que se vai trabalhar, este pode complicar muito seu trabalho. Claro que a escolha só depois de algum tempo de trabalho para aprender a escolher o melhor referencial. Basta treinar.

Fìsica de Partículas Parte III: O Nêutron!

Nêutron

Após a descoberta das duas primeiras partículas, seguiu-se uma louca busca por outras possíveis partículas ou por conhecimento maior do próton e do elétron. Um tempo após a descoberta do próton, Rutherford prever uma terceira partícula com características parecidas com as do próton, pois se o núcleo do átomo fosse composto apenas por prótons, cuja carga é positiva, haveria uma grande repulsão no interior do átomo e este se desmontaria não podendo gerar matéria. Porém não capaz de encontrar esta partícula com carga neutra que ajudaria no isolamento das partículas nucleares.

O cientista responsável por esta descoberta foi James Chadwick. Utilizando um experimento de Frederico e Irene Joliot – Cuirie.  Ao incidir sobre placas uma espécie de radiação obtida do átomo de Berílio, esperava-se que esta radiação fosse do tipo radiação gama. Em particular, Chadwick, utilizou como anteparo uma placa de parafina. Esta placa porém não teria prótons liberados com a energia da ordem da energia dos raios gama, então, deveria haver aí uma outra partícula desconhecida.  

Utilizando então um experimento parecido e mais uma câmara ionizadora, com um gás dentro que deveria emitir uma nova radiação ao ser ionizado. Com este experimento utilizando mesmo placas de chumbo viu-se que o gás se ionizava, o que indicava uma radiação com penetração muito alta.

Por outro lado, dois dos grandes pilares da física estão nos teoremas de conservação do momentum e da energia. Viu-se que com aquele sistema a cima descrito sendo composto apenas por prótons a energia e o momentum não eram conservados. Isto pôs os cientistas em uma dúvida, ou a física até então construída sobre estes pilares não existia, ou havia ali uma nova partícula muito parecida com o próton, porém sem carga.

Após uma sequência de cálculos, Chadwick conseguiu comprovar utilizando as leis de conservação que se tratava de uma partícula extra com um pouco mais de massa que o próprio próton.

Passamos a ter três partículas elementares e os novos rumos e horizontes se perguntavam: Será que a menor parte da matéria é esta à nossa frente? Veremos nos próximos textos que não, mesmo estas partículas (prótons e nêutrons são divisíveis). 

ITA 2014 - Questão 15

15.  Pode-se associar a segunda lei da Termodinâmica a um princípio de degradação da energia.
Assinale a alternativa que melhor justifica esta associação.

A ( ) A energia se conserva sempre.
B ( ) O calor não flui espontaneamente de um corpo quente para outro frio.
C ( ) Uma máquina térmica operando em ciclo converte integralmente trabalho em calor.
D ( ) Todo sistema tende naturalmente para o estado de equilíbrio.
E ( ) É impossível converter calor totalmente em trabalho.

A Segunda lei da termodinâmica foi arquitetada em cima de dois enunciados básicos:

1) O enunciado de Kelvin - Plank que estabelece a assimetria entre trabalho e calor definindo que é impossível construir uma máquina, operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar energia sob forma de calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em Trabalho ou seja nenhuma máquina converte Calor em Trabalho com eficiência total, alguma energia é sempre perdida por dissipação para uma região de menor temperatura. 

2) O enunciado de Clausius, mostra uma implicação na direção dos processos naturais: O Calor não pode nunca passar de um corpo mais frio para um corpo mais quente sem que ocorram ao mesmo tempo mudanças associadas, pois o Calor em toda parte manifesta uma tendência em igualar diferenças de temperaturas ou seja o Calor sempre flui de objetos quentes em direção aos frios. 

Assim as implicações destes dois enunciados para o problema segue analisando cada item:

A ( ) A energia se conserva sempre.

A energia não pode ser totalmente conservada se não há como converter "calor" de uma fonte quente totalmente em trabalho, sem perdas.

Item falso.

B ( ) O calor não flui espontaneamente de um corpo quente para outro frio.

O fluxo natural de energia sob forma de calor se dá no sentido do corpo de maior temperatura (mais quente) para o corpo de menor temperatura (mais frio).

Item falso.

C ( ) Uma máquina térmica operando em ciclo converte integralmente trabalho em calor.

O enunciado de Kelvin-Plank contradiz exatamente este item. Pois sempre há perdas em um sistema.

Item falso.

D ( ) Todo sistema tende naturalmente para o estado de equilíbrio.

Entropia é a característica de desorganização do sistema. A segunda lei confere que qualquer sistema, inclusive o universo tende para o estado de maior entropia.

Item falso.

E ( ) É impossível converter calor totalmente em trabalho.

Como sempre há perdas, o "calor" retirado de uma fonte quente, além de realizar trabalho sempre é perdido em parte para uma fonte fria.

Item verdadeiro.

Facebook

     No século XVII, Pascal realizou a experiência esquematizada na figura abaixo. Um tonel de vinho, completamente cheio de água, foi acoplado a um tubo vertical comprido. Por este tubo foi derramada água até o tonel arrebentar.

     a) Se a tampa do tonel tiver 20 cm de raio e a altura da água for de 12 m, calcular a força exercida sobre a tampa.

      b) Se o raio interno do tubo vertical for de 3 mm, que massa de água no tubo provoca a pressão que arrebenta o tonel?

a) A pressão da água dentro do tubo é responsável por causar estouro do barril, então, precisamos calcular a força a partir da pressão hidrostática da água que está no tubo.

b) Utilizando a relação entre a quantidade de água e sua densidade dentro do tubo.

Questão facebook.

    Um avião parte do aeroporto de Galisteo e voa a 170 k/m, a 68° do leste para o norte e depois muda de direção, passando a voar a 230 k/m e 48° do sul para o leste, fazendo na seqüencia um pouso de emergência em um pasto. Quando o aeroporto envia uma equipe de resgate, em qual direção e a qual distância essa equipe voará para seguir diretamente até o avião?

    Um passo importante é desenhar a figura.

    Começamos decompondo o trajeto inicial nas direções norte e leste.

   O trajeto de 170 km na direção norte/leste fazendo um triângulo  retângulo com as direções norte e a direção leste.

    Utilizando trigonometria simples vemos que:

   Desenvolvemos a mesma maneira para o segundo deslocamento do avião de 230 km, porém, nesta situação o ângulo está com a direção norte/sul e não com a direção leste/oeste, o que inverte os catetos oposto e adjacente para a figura.

    

        No próximo passo somamos as distâncias percorridas norte/sul do primeiro trajeto com a do segundo, sem esquecer que no segundo trajeto o avião retornou, enquanto na direção leste oeste, o avião se desloca apenas no sentido leste.

       Assim, podemos calcular a distância que o salvamento deve seguir utilizando o teorema de Pitágoras.

     E a direção pode novamente ser obtida utilizando a trigonometria.

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