GERLANIO NOGUEIRA CAVALCANTE

CÉLIO RODRIGUES MUNIZ

MANUAL

Ensinando Física Moderna Através de Experimentos com

Materiais Alternativos

GERLANIO NOGUEIRA CAVALCANTE

CÉLIO RODRIGUES MUNIZ

MANUAL

Ensinando Física Moderna Através de Experimentos com

Materiais Alternativos

JUAZEIRO DO NORTE – CE

2017

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 4

PROPOSTA EXPERIMENTAL 1 ............................................................................ 8

Cosmologia em um balão (bexiga)...........................................................................8

Link de acesso ao video ................................................ ..........................................8

PROPOSTA EXPERIMENTAL 2 ............................................................................ 9

A curvatura do espaço-tempo por meio de uma folha de borracha, bolas de pula-

pula e de ferro ......................................................................................................... 9

Link de acesso ao video ........................................................................................ 10

PROPOSTA EXPERIMENTAL 3 .......................................................................... 11

Comportamento ondulatório da luz interferência e difração utilizando um laser e fio

de cabelo................................................................................................................11

Link de acesso ao vídeo ........................................................................................ 12

PROPOSTA EXPERIMENTAL 4 .......................................................................... 13

Comportamento corpuscular da luz efeito fotovoltaico com um carrinho elétrico e

uma placa solar......................................................................................................13

Link de acesso ao vídeo .......................................................................................14

PROPOSTA EXPERIMENTAL 5 .......................................................................... 15

Medindo a velocidade da luz (Onda Eletromagnética) com um aparelho de micro-

ondas e barra de chocolate.....................................................................................15

Link de acesso ao vídeo........................................................................................16

PROPOSTA EXPERIMENTAL 6 .......................................................................... 17

Determinando a constante de Planck por meios de LED’s..................................17

Link de acesso ao vídeo ........................................................................................ 19

PROPOSTA EXPERIMENTAL 7 .......................................................................... 20

Bola de Plasma.......................................................................................................20

Link de acesso ao vídeo ........................................................................................ 22

PROPOSTA EXPERIMENTAL 8 .......................................................................... 23

Reação em cadeia utilizando ratoeiras e bolinhas de pula-pula............................23

Link de acesso ao vídeo........................................................................................24

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................25

4

INTRODUÇÃO

Analisando a situação do ensino de Física nas Escolas Públicas,

percebemos uma tendência de construção do conhecimento baseado no

pensamento newtoniano - a chamada Física Clássica. Percebemos poucos textos

nos livros didáticos sobre Física Moderna e que chamem a atenção para sua

relevância no cenário atual da sociedade contemporânea. (Wilson apud Ostermann

e Moreira, 2000, p.26) relata a importância de ensinar Física Moderna e

Contemporânea (FMC) aos jovens:

“FMC pode ser instigante para os jovens, pois não significa somente estudar o trabalho de cientistas que viveram centenas de anos atrás, mas também assistir cientistas falando na televisão sobre seus experimentos e expectativas para o futuro. Estudar problemas conceituais existentes na FMC envolve os estudantes nos desafios filosóficos de alguns aspectos da Física. O fato de que nem tudo, no mundo científico, é sabido ou entendido, modifica a ideia que os estudantes em geral têm de Física - um assunto que é uma “massa” de conhecimentos e fatos, um livro fechado. Ou são mostrados aos alunos os desafios a serem enfrentados pela Física no futuro, ou eles não serão encorajados a seguir carreiras científicas”.

A Física Moderna não é o conhecimento sistematizado dos fenômenos

naturais surgido com os trabalhos de Galileu e Newton a partir do século XVII, como

seu nome poderia sugerir segundo a historiografia vigente. A esse conhecimento

denomina-se Física Clássica, que abrange também a formulação lagrangeana e

hamiltoniana, mais avançadas, da Mecânica, assim como o Eletromagnetismo e a

Ótica, todos os quais se desenvolveram plenamente no decorrer do século XIX. A

denominação Física Moderna refere-se ao conjunto de teorias surgidas no início do

século XX, principiando com a Mecânica Quântica e as Teorias da Relatividade

(Restrita e Geral), bem como seu desenvolvimento e aplicações posteriores. Estes

grandes sistemas teóricos produziram alterações marcantes no entendimento dos

conceitos do espaço, tempo, medida, causalidade, simultaneidade, trajetória e

localidade, completamente distintos das noções advindas da Física Clássica.

5

A Mecânica Quântica surgiu inicialmente dos trabalhos de Max Planck e de

Albert Einstein. Um dos mais importantes problemas da Física não resolvidos no

final do séc. XIX era o da radiação do corpo negro. Planck resolve este problema

em 1900, utilizando como hipótese ad hoc que a energia deste sistema (na verdade,

as trocas de energia entre a radiação e as paredes da cavidade do referido corpo)

não é contínua, mas, pelo contrário, é discreta, ou, em outras palavras, quantizada,

um aspecto que inexiste na Física Clássica. Einstein utiliza esta mesma hipótese

para resolver o problema do efeito fotoelétrico em 1905. Mas vai mais longe ao

propor que esta é na realidade a verdadeira natureza da luz. A essa quantidade

discreta de energia eletromagnética se chamou quantum de luz ou, simplesmente,

fóton. Nasce assim a Mecânica Quântica que será posteriormente desenvolvida

pelo trabalho de muitos outros cientistas como Niels Bohr, Erwin Schrödinger,

Werner Heisenberg, Louis de Broglie, Max Born, Wolfgang Pauli e Paul Dirac,

dentre outros (CARUSO e OGURI, 2006).

A Teoria da Relatividade Restrita desenvolvida por Einstein em 1905 surge

para resolver a solução de dois problemas, a saber, o comportamento cinemático

da luz e a falta de simetria observada em alguns fenômenos eletromagnéticos,

criando dois postulados: O princípio de relatividade, segundo o qual as leis da

Física, incluindo as da Mecânica e do Eletromagnetismo, são as mesmas em todos

os referencias inerciais - aqueles referenciais que se deslocam retilineamente com

velocidade constante uns em relação aos outros; o segundo postulado refere-se à

velocidade da luz, que no vácuo tem o mesmo valor em qualquer destes

referenciais inerciais, independentemente da velocidade da fonte de luz ou do

observador. Em 1915, Einstein aprimora sua teoria que antes era apenas válida

nesses referenciais, analisando as leis da Física também em referencias

acelerados, desenvolvendo assim a Teoria da Relatividade Geral, introduzindo a

noção de espaço curvo, ou seja, os corpos produzem em torno de si uma curvatura

do espaço-tempo – que é a própria gravidade, sendo que quanto maior a massa (e

energia) do corpo, maior será a curvatura (GAZINELLI, 2009).

6

Diante desse ramo da Física, já não tão novo e que abrange essas duas

vertentes (e seus desdobramentos), os quais revolucionaram a maneira do homem

entender a Natureza, surge a questão de como passar esse tipo de conhecimento,

já não tão intuitivo como o representado pela Física Clássica, ao aluno,

considerando que a carga horária da disciplina é bem reduzida, principalmente na

educação pública, e que aspectos financeiros e estruturais das escolas são muitas

vezes precários, o que contribui para uma forma pouco eficiente de se ministrar a

disciplina.

Um aspecto positivo a ser ressaltado é que, atualmente, após os notáveis

avanços científicos e tecnológicos observados na contemporaneidade, a Física

Moderna tem despertado a curiosidade dos jovens. Com base nesse contexto,

desenvolvemos este Manual intitulado Ensinando Física Moderna com

Experimentos de Materiais Alternativos, buscando desmistificar o ensino de Física

Moderna, e subsidiar os professores em suas aulas de Física Moderna. O mesmo

foi desenvolvido como Produto Educacional, no programa do Mestrado Profissional

no Ensino de Física (MPNEF), aplicado junto a uma turma de 3º ano do Ensino

Médio do município de Pereiro-CE, onde constatamos uma melhora significativa na

aprendizagem dos alunos, tanto em valores quantitativos como nos qualitativos,

alunos participando ativamente das aulas. Ressaltamos que não é uma sequência

de Ensino que o professor só poderá utilizar no 3º ano, mas poderá fazer

adaptações e utilizar no decorrer de todo Ensino Médio. Cabe ao professor

independente do ano/série que o aluno se encontra, ensinar de acordo com os

conhecimentos prévios existentes na estrutura cognitiva do aprendiz, pois, segundo

Ausubel "...o fator, isolado mais importante que influencia a aprendizagem é aquilo

que o aluno já sabe; descubra isso e ensine-o de acordo" (AUSUBEL, 1968, p. 78).

Este manual contém a descrição de 8 experimentos realizados com materiais

alternativos que podem ser trabalhados em sala despertando a curiosidade dos

alunos. Os experimentos são divididos em duas categorias: Os experimentos por

analogia e os experimentos diretos. Os primeiros usam fenômenos que não

pertencem ao âmbito da Física Moderna para demonstrar, por analogia, outros que

o sejam. Já os diretos usam (ou produzem) os próprios fenômenos em si com vistas

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à sua elucidação. Os experimentos abordam os seguintes temas, a saber: Teoria

da Relatividade Restrita, Teoria Atômica da Matéria, Modelos e Espectros

Atômicos, Dualidade Onda-Partícula, Física do Estado Sólido.

Sequência dos experimentos utilizados:

Cosmologia em um balão (bexiga);

A curvatura do espaço-tempo por meio de uma folha de borracha,

bolas de gude e de ferro;

Interferência e difração utilizando um laser e fio de cabelo;

Efeito fotovoltaico com um carrinho elétrico e uma placa solar;

Medindo a velocidade da luz (Onda Eletromagnética) com um

aparelho de micro-ondas e barra de chocolate;

Determinando a constante de Planck por meios de LED’s;

Bola de Plasma;

Reação em cadeia utilizando ratoeiras e bolinhas de pula-pula.

A seguir descreveremos a confecção e utilização de cada experimento, e

uma pequena abordagem histórica e teórica sobre cada assunto abordado.

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Proposta Experimental 1

Cosmologia em um balão (bexiga)

Material necessário:

Balão (bexiga) com desenhos de bolinhas.

Este experimento consiste em utilizar alguns balões pintados com bolinhas

para ilustrar o universo em expansão, o qual apresenta uma curvatura em larga

escala provocada pela presença de matéria e energia nas galáxias. Podemos falar

do início do universo ressaltando a teoria do Big Bang, o tempo de vida do universo

e a expansão do mesmo. Enchendo-se os balões, as bolinhas pintadas neles

começam a se distanciar umas das outras; nesse momento podemos fazer analogia

com o distanciamento entre as galáxias, explicando que é o próprio espaço que se

distende nessa expansão, arrastando consigo as galáxias. Logo abaixo, segue o

link do vídeo de acesso à realização do experimento.

Dica:

Repasse o maior número possível de balões para os alunos, pois com sua

participação a aula fica mais interessante e divertida.

https://www.youtube.com/watch?v=doBsaLeZMGg

Fotos do Experimento

(A) (B) (C)

Fig. 1.1. (A) Balão inicialmente vazio. (B) e (C) Balão enchendo e as bolinhas distanciando-se umas das outras.

9

Proposta Experimental 2

A curvatura do espaço-tempo por meio de uma folha de borracha, bolas de

pula-pula e de ferro

Materiais necessários:

Tela de borracha, as dimensões a critério do professor. (Utilizamos um

tecido de Lycra);

Ímãs de pesos diferentes;

Bolas de ferro e de borracha.

Nesse experimento podemos utilizar vários materiais para fazermos uma

analogia com a teoria geral da relatividade, mostrando que a gravidade é resultado

de uma deformação do espaço. Como foi indicado no experimento anterior, a

curvatura do espaço-tempo é provocada pela presença de matéria e energia.

Podemos utilizar uma tela (melhor desenvolvimento e visualização com uma folha

de borracha, mas devido à dificuldade de encontrar no mercado, podemos substituir

por outros materiais, como um tecido que contenha Lycra). Também utilizamos

Fotos do Experimento

(A) (B) (C)

(D) (E)

Fig. 2.1. (A), (B), (C), (D). Desenvolvimento do experimento com os alunos, mostrando a curvatura que acontece no tecidos nos diferentes casos em que utilizamos massas diferentes. (E) corpos de menores massas orbitando uma região do espaço ocupada por um corpo de maior massa.

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bolinhas de vários pesos diferentes, como bolinhas de Sinuca, Tênis, Ping Pong,

Pula-Pula, ímãs, entre outros objetos que contenham massas diferentes. Fazendo

os alunos participarem do desenvolvimento da experiência pede-se que os mesmos

segurem e puxem a tela e que fiquem colocando as bolinhas com pesos diferentes

e observem o que acontecem, depois coloquem pequenas bolinhas de gude -

“bilas” - em movimento em ttorno das bolas de massa maior. Logo abaixo segue o

link do vídeo de acesso a realização do experimento.

Dica:

O interessante deixar os alunos participarem e eles escolherem as bolinhas

e irem formando suas próprias conclusões.

https://www.youtube.com/watch?v=_sNiVo3rfTk&t=4s

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Proposta Experimental 3

Comportamento ondulatório da luz, Interferência e difração utilizando um

laser e fio de cabelo

Materiais necessários:

Laser;

Fio de Cabelo;

Pedaço de Papelão retangular (Largura 20cm x Altura 15cm);

Fita Gomada;

Folha de Papel A4.

Tesoura;

Estilete.

Nesse experimento da Interferência e difração da luz utilizando laser e fio de

cabelo, podemos demonstrar o comportamento ondulatório da luz, pois nesse tipo

de experiência o aluno observa que esses fenômenos só ocorrem se a luz se

comportar como onda.

Para a montagem do experimento precisamos cortar com uma tesoura um

pedaço de papelão nas dimensões (largura 20cm x altura 15cm). No meio do

papelão abrimos com um estilete um retângulo de dimensões (largura 10cm x altura

6cm) e para fixar o fio de cabelo utilizamos pequenos pedaços de fita gomada, que

também serve para deixar o aparato preso numa superfície plana. A folha de Papel

Fotos do Experimento

(A) (B) (C)

Fig. 3.1 (A) e (B) Montagem da base de papelão com o fio de cabelo. (C) Montagem do experimento com o laser incidindo sobre o cabelo e criando e espectro na folha colada na parede.

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A4 cola-se em parede a uma distância de aproximadamente um ou dois metros do

aparato e na mesma horizontal. Incide-se então a luz do laser sobre o fio de cabelo

de modo que a imagem apareça na folha de papel o os alunos possam ver os dois

fenômenos ocorrendo. Podemos com esse experimento mostrar aos alunos o

fenômeno da interferência construtiva nos pontos de luminosidade máxima

formados na imagem e a interferência destrutiva nos pontos de mínimo. Mostra-se

também o fenômeno da difração ocorrendo quando a luz consegue contornar o

obstáculo (fio de cabelo). Logo abaixo segue o link do vídeo de acesso a realização

do experimento.

Dica:

Para esse tipo de experimento ter um bom aproveitamento e necessário um

local com pouca luminosidade (sala escura).

Cuidado: Ao manusear a tesoura, o estilete e a incidência da luz do Laser nos

olhos!

https://www.youtube.com/watch?v=HMI779PZ8EU&t=15s

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Proposta Experimental 4

Comportamento corpuscular da luz, efeito fotovoltaico com um carrinho

elétrico e uma placa solar

Materiais necessários:

Carrinho Elétrico;

Placa Fotovoltaica.

Nesse experimento mostra-se ao aluno o comportamento corpuscular da luz,

ressaltando o efeito fotoelétrico pelo qual Einstein conseguiu ganhar o prémio Nobel

em 1921, cabendo aqui ao professor fazer uma explanação sobre a diferença entre

Efeito Fotoelétrico e Efeito Fotovoltaico. Esse tipo de comportamento só acontece

se a luz se comportar como partícula - o “fóton”, colidindo com os elétrons do metal

e transferindo energia a estes de modo a conseguirem sair da banda de valência

para a banda de condução, gerando uma corrente elétrica. O experimento é bem

simples: utilizando um carrinho que contenha um circuito elétrico e uma pequena

placa fotovoltaica, coloca-se o carrinho em um lugar onde tenha luz solar e

imediatamente o carrinho começa se movimentar. Normalmente encontra-se esse

tipo de carrinho e a placa solar em kits eletroeletrônicos enviados para as Escolas.

Logo abaixo segue o link do vídeo de acesso a realização do experimento.

Fotos do Experimento

(A) (B) (C)

Fig. 4.1 (A) Placa solar (fotovoltaica). (B) Placa solar e um carrinho que possui um circuito elétrico. (C) Montagem do experimento carrinho com a placa acoplada em um ambiente aberto.

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Dicas:

Se sua escola não tem esse kit eletroeletrônico, poderá realizar um

experimento semelhante com calculadoras que contenham pequenas placas

fotovoltaicas;

Poderá usar esse mesmo experimento para trabalhar conceitos sobre

semicondutores;

Pode-se também conduzir uma discussão sobre a importância das energias

renováveis no mundo contemporâneo, como a solar.

https://www.youtube.com/watch?v=kPicTaEY7hU&t=17s

15

Proposta Experimental 5

Medindo a velocidade da luz (Onda Eletromagnética) com um aparelho de

micro-ondas e barra de chocolate

Materiais necessários:

1 Forno de Micro-ondas;

1 Barra de Chocolate;

1 Régua

Nesse experimento propõe-se medir a constante da velocidade da luz

utilizando-se um micro-ondas e uma barra de chocolate. Na parte de trás do

aparelho encontramos a frequência 𝑓 com a qual este funciona, a qual é a das

micro-ondas geradas - uma forma de radiação eletromagnética que se propaga,

portanto, com a velocidade da luz. Retirando-se a peça que faz o prato do micro-

ondas girar, colocamos novamente o prato no lugar e sobre ele uma barra de

chocolate, ligando o aparelho por aproximadamente 30 (trinta) segundos. Depois

desse tempo, retiramos a barra e consegue-se observar alguns pontos no chocolate

mais derretidos. Utilizando uma régua, medimos a distância entre esses pontos e

então multiplicamos o valor encontrado por 2, pois na verdade a medida com a

régua fornece apenas metade de uma oscilação, e assim encontramos nosso

comprimento de onda λ. Agora utilizando a equação:

Fotos do Experimento

(A) (B) (C) Fig. 5.1. (A) Aparelho de micro-ondas e a barra de chocolate. (B) Colocando a barra de chocolate dentro do aparelho. (C) Barra de chocolate depois de 30 segundos dentro aparelho.

c = 𝑓. 𝛌

16

onde c é o valor da velocidade da onda eletromagnética (velocidade da Luz),

chega-se a valores bem satisfatórios (em torno de 300.000 km/s), com uma

pequena margem de erro. Logo abaixo segue o link do vídeo de acesso a realização

do experimento.

Dica:

Esse experimento serve para chamar a atenção dos alunos para o fato de que

a Física é também uma ciênia da medida, e que não basta apenas observar os

fenômenos - deve-se medi-los de modo a se utilizar os modelos matemáticos

que os descrevem e testar as teorias vigentes.

www.youtube.com/watch?v=EwTISfpVOOw&t=34s

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Proposta Experimental 6

Determinando a constante de Planck por meios de LED’s

Materiais necessários:

1 Placa Protoboard;

Led Verde;

Led Vermelho;

Bateria de 9 V;

Multímetro;

Potenciômetro 10 K;

2 Jumps;

1 Plug conector de bateria;

2 Pontas de provas.

Experimento de fácil montagem e materiais bem acessíveis, facilmente

encontrados em eletrônicas e de custo em conta. Utilizado para determinar a

constante de Planck em ordem de grandeza, através da emissão da radiação de

um led vermelho e um led verde. A proposta aqui é medir a energia mínima

necessária para acender a luz do led, que de acordo com as ideias da Física

Quântica, vem quantizada na forma de pacotes de energia - o fóton. A conexão

Fotos do Experimento

(A) (B) (C) Fig. 6.1. (A) Multimetro com as pontas de provas, placa protoboard e bateria. (B) Placa protoboard coma instalação dos leds, jumps e o potenciometro. (C) Verificando o valor de tensão necessária para que os leds acendam.

18

com a proposta experimental nº 4 é notória. Na verdade podemos pensar que o

efeito aqui explorado é o inverso do daquela proposta.

Experimento baseado no Livro Física Moderna e Experimental de Cavalcante

e Tavolaro (2003, p.72), que descreve detalhadamente o experimento com alguns

materiais diferentes.

Para a montagem do experimento colocamos a placa protoboard em uma

superfície plana, conectando-se o potenciômetro na placa e verificando os polos

positivos e negativos os quais devem ficar ligados em paralelo com a bateria que

será conectada à placa através do Plug. Em outros pontos da placa conectamos os

led’s, verificando que os mesmos estejam em paralelo entre si; agora utilizamos os

jumps, conectando-se uma ponta de um dos jump no polo central do potenciômetro

e a outra ponta no positivo dos leds. O outro jump é conectado no polo negativo do

potenciômetro, de modo que a outra ponta esteja conectada no polo negativo dos

led’s. Em seguida, conecta-se as pontas de provas do multímetro nos polos dos

led’s para obter a medida de tensão necessária para o exato momento em que os

led’s começam a acender. Montado o circuito na placa, deve-se verificar se todos

os pontos estão ligados em paralelo.

Fig. 6.1 Circuito elétrico da montagem, adaptado de Cavalcante e Tavolaro (2005, p.80)

Variando os valores da tensões através do potenciômetro, percebemos que o

Led vermelho começa a acender primeiro, pois o mesmo tem maior comprimento

de onda necessita de menor energia para acender; quando o led verde começa

acender o led vermelho já tem um brilho bem intenso. Anotando os valores para os

quais os led’s começam acender, podemos utilizar os seguintes passos para

determinar a constante de Planck:

19

1º) Adotamos que a frequência de radiação máxima, da luz emitida pelo led,

pode ser descrita em termos do limiar de tensão (valor para o qual o led começa

conduzir corrente). Temos que a energia de um fóton é dada por:

2º) Quando o led começa a conduzir corrente, podemos reescrever a equação

anterior substituindo E por e.V, onde V é o limiar de tensão necessária para que os

led’s comecem acender, e é a carga fundamental do do elétron, 1,6x10-19 C. Assim

temos que:

Como f=c/λ, encontramos que a constante de Planck é dada por

onde c é a velocidade de uma onda eletromagnética no vácuo (velocidade da luz)

e λ é o comprimento de onda da luz dos led’s. (led vermelho 650 nm e o led verde

560 nm).

Com todos os valores obtidos, substituimos na equação acima e encontramos

o valor da constante de Planck em termos de ordem de grandeza, algo muito

produtivo dentro da sala de aula. Logo abaixo segue o link do vídeo de acesso da

realização do experimento.

Dicas:

Poderá usar esse mesmo experimento para trabalhar conceitos sobre

led’s e semicondutores;

Mais uma vez, a discussão sobre a Física como uma ciência da medida

poderá ser muito útil.

http://www.youtube.com/watch?v=iK6uwi7qRm0

eV = ℎ 𝑓

ℎ = 𝒆𝑽 . 𝝀/ 𝑐

E = ℎ 𝑓

20

Proposta Experimental 7

Bola de Plasma

Materiais necessários:

Uma lâmpada incandescente (queimada ou não) de 25 W, 40 W, 60 W,100

W.

Um suporte com bocal para lâmpada.

Fita isolante.

Um suporte de madeira.

Uma chave comutadora.

Fios de cobre encapados.

Uma lâmpada fluorescente.

Um ignitron – acendedor automático de fogão, facilmente encontrado

em lojas de consertos de fogão e ferros-velhos.

Este experimento permite a discussão sobre o chamado quarto estado da

matéria - o plasma, aquele no qual os átomos que a formam estão parcial ou

totalmente ionizados. Uma forte corrente elétrica fluindo em um gás pode causar

essa ionização - a retirada (ou excitação para camadas mais externas) dos elétrons

das camadas exteriores dos átomos, com o seu retorno ao estado inicial liberando

energia luminosa. O relâmpago é um exemplo disso.

Fotos do Experimento

(A) (B) (C) Fig. 7.1. (A) Montagem interna do experimento, mostrando o Ignitron e na lateral a chave comutadora. (B) Montagem externa do experimento. (C) Bola de Plasma funcionando.

21

A montagem do experimento baseou-se no trabalho desenvolvido por Erthal, J.

P. C. et al. (2013). Com o título Globo de plasma: uma montagem simples com

amplo potencial para discussões em sala de aula. Maiores detalhes sobre o

experimento consulte o artigo publicado no Caderno Brasileiro de Ensino de Física,

v. 31, n. 3, p. 666-676, dez. 2014. Abaixo segue a montagem de acordo com os

autores.

Para a montagem da base de madeira, precisamos de duas tábuas cortadas

com 12 cm por 24 cm, que servirão de tampos laterais do caixote; duas tábuas de

12 cm por 21 cm, que servirão de tampos frontal e traseiro do caixote; uma tábua

de 21 cm por 24 cm para tampo superior do caixote; e uma tábua de 30 cm por 50

cm para servir de base inferior para o aparato. A espessura das tábuas pode variar

de acordo com o material que se tenha disponível, porém é aconselhável utilizar

algo entre 0,5 cm e 2,0 cm para que o aparato não fique frágil ou robusto em

demasia.

No tampo superior do caixote devem ser feitos dois furos, sendo um no

centro e outro próximo a algum dos vértices, para passagem de fiação elétrica. Na

parte inferior dos dois tampos laterais deve-se fazer um sulco, no qual se encaixará

o tampo traseiro, de modo que este possa ser facilmente removido para

demonstrações e reparos. O tampo traseiro também deve ter um pequeno rebaixo

para passagem de fiação.

Após a preparação das madeiras, deve-se proceder à montagem do caixote

sobre a base inferior, podendo ser pregado, parafusado ou colado. Na sequência

deve-se fixar o suporte para lâmpada sobre o caixote.

.

Fig. 7.2 Circuito elétrico do globo de Plasma

22

Um dos fios que saem deve ser ligado à lâmpada; o outro servirá como fio

intensificador. Podemos utilizar qualquer uma das lâmpadas citadas acima, mas se

quiser um melhor desempenho utilize uma de 100 W. Podemos utilizar uma

lâmpada fluorescente durante o experimento para mostrar a excitação dos átomos

do gás na presença de um campo elétrico.

Na realização da montagem do experimento fizemos pequenas modificações

do projeto inicial; assim, ao invés de uma tomada para a entrada, utilizamos um

plug de tomada, nada que modifique ou atrapalhe o andamento do experimento.

Logo abaixo segue o link do vídeo de acesso a realização do experimento.

Dica:

Para esse tipo de experimento ter um bom aproveitamento e necessário

um local com pouca luminosidade (sala escura).

Cuidado: Ao ligar o aparato tem-se uma diferença de potencial muito alta

entre o vidro e o ignitron algo em torno de 6 mil volts, a corrente elétrica é

pequena mas pode ocorrer pequenos choques. Prepare uma base isolante!

www.youtube.com/watch?v=YW1rtlyoNr8&t=31s

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Proposta Experimental 8

Reação em cadeia utilizando ratoeiras e bolinhas de pula-pula.

Materiais necessários:

25 Ratoeiras;

1 Recipiente de vidro (Altura 50cm x Largura 50cm x Comprimento

70cm), com tampa.

26 Bolinhas de Pula-Pula.

Para a montagem do experimento precisa-se encomendar um recipiente

retangular de vidro, o qual não precisa ser necessariamente nas dimensões citadas

- pode ser maior ou menor, influenciando diretamente no número de ratoeiras e

bolinhas utilizadas. As bolinhas de pula-pula são facilmente encontradas em

mercadinhos e supermercados. As ratoeiras são facilmente encontradas em

mercados públicos. Esse tipo de experimento não é tão barato, mas depois de

preparado e tendo-se o devido cuidado na manutenção pode durar muito tempo.

Outro fator é os resultados dentro de sala de aula, que são muito gratificantes e os

alunos participam bastante da aula.

A ideia aqui é promover a visualização e a discussão sobre as reações em

cadeia, que ocorrem no processo de fissão nuclear, onde nêutrons disparados de

átomos radioativos fissionam núcleos de átomos pesados (como os de urânio), que

Fotos do Experimento

(A) (B) (C)

Fig. 7.1. (A) Recipiente de vidro com as ratoeiras e as bolinhas. (B) Ratoeiras desarmadas. (C) Rateoiras armadas prontas dispararem.

24

liberarão mais nêutrons que por sua vez fissionarão mais núcleos e assim por

diante, liberando uma vasta quantidade de energia em muito pouco tempo.

As ratoeiras são armadas com uma bolinha de pingue-pongue no lugar do

queijo. Quando todas estiverem armadas, joga-se uma bolinha simulando o nêutron

inicial, a reação em cadeia começa e a energia armazenada nas ratoeiras é

liberada. Experimento bem simples que podemos relacionar ao princípio da fissão

nuclear que liberam uma grande quantidade de energia em um pequeno intervalo

de tempo. Para que a fissão ocorra um nêutron é acelerado contra um átomo de

urânio. Quando o nêutron colide contra o urânio o átomo se quebra em outros dois

novos elementos, o bário e o criptônio, liberando energia e mais nêutrons que, por

sua vez, irão colidir com outros átomos de urânio e dar sequência ao processo de

fissão nuclear.

Logo abaixo segue o link do vídeo de acesso a realização do experimento.

Dica:

Pode-se fazer o experimento também com poucas ratoeiras, de modo a

se explorar o conceito de massa crítica - aquela do material físsil

necessária para que a reação em cadeia de fato ocorra, fissionando todos

os átomos presentes na amostra.

Cuidado: Ao preparar o experimentos os alunos querem participar armando

as ratoeiras, nesse momento eles podem se machucar devido à grande

energia elástica acumulada nas ratoeiras.

http://www.youtube.com/watch?v=TvB5eXfJxFM&t=24s

25

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AUSUBEL. D. P. Educacional psycholgy: a cognitive view. (1ª ed.) Nova York. Holt.

Rinehart and Winston. 1968.

CARUSO, F. e OGURI, V., Física Moderna – Origens Clássicas e Fundamentos

Quânticos. São Paulo: Elsevier, 2006.

ERTHAL, J. P. C., PIROVANI, F. E. S. e CAMPOS, R. G. Globo de plasma: uma

montagem simples com amplo potencial para discussões em sala de aula.

Caderno brasileiro de Ensino de Física, v. 31, n. 3, p. 666-676, 2014.

GAZZINELLI, R., Teoria da Relatividade Especial, 2ª. Ed., São Paulo: Edgard

Blucher, 2009.

TAVORALO, C. R. C. e CAVALCANTE, M. A., Física Moderna Experimental.

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