O Experimento de Galileu (2)

Dando continuidade ao tema (clique aqui para ver meu primeiro post do assunto), trago nesse vídeo a visita de Brian Cox (físico britânico, professor da Universidade de Manchester e apresentador de um programa da BBC) ao Space Power Facility da NASA em Ohio (EUA) na maior câmara de vácuo do mundo. Simulando o Experimento de Galileu, observa-se o que ocorre quando uma bola de boliche e uma pena são jogadas juntas sob determinadas condições do espaço exterior (no primeiro caso sem vácuo, e no segundo momento com vácuo). Confira:

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Resolução de Problemas em Física

Recentemente, encontrei um texto muito interessante do Pesquisador Luiz Orlando de Quadro Peduzzi sobre as principais dificuldades em resolver problemas de física. Embora soubesse que esse assunto permeia a mente de estudantes e professores, não havia imaginado que existe uma grande quantidade de pesquisas e teses sobre o assunto.

Busco aqui listar essas etapas, sugerindo a leitura do texto de forma integral a fim de auxiliar àqueles que buscam resolver de forma eficaz um problema de física ou exatas, como um todo.

Segundo Peduzzi, após discorrer sobre diversas propostas de resolução de problemas de pesquisadores da área, concluiu que existem sutilezas nos modelos de resolução de problemas que não são sistematizados.  Por exemplo, observar um bom solucionador (um expert, que pode ser um professor ou aluno que consegue acertar a maioria das questões) a fim de extrair seu método parece uma boa estratégia. Entrtanto, existem fases e processos que não estão explícitos na resolução de um problema, pois estão inconscientes na mente do solucionador. Assim, o número de variáveis numa resolução é muito grande e expectativas, intuições e vontade são deixadas de lado na análise de como abordar um exercício.

O Pesquisador identificou, assim, diversas variáveis e mostrou um organograma ilustrativo do motivo do insucesso dos estudantes na resolução de exercícios (Fig. 1 abaixo), proposto por Kramers-Pals e Pilot (referências no texto de Peduzzi, no link ao final do post):

ResolucaodeProblemas

Peduzzi explica: O modelo de Kramers-Pals e Pilot (Fig. 1), de aplicabilidade em diversas áreas do conhecimento, segundo os seus autores, é bastante ilustrativo e sugestivo para os propósitos do presente trabalho. Nele, as dificuldades mais freqüentemente encontradas por estudantes com pouca experiência na resolução de problemas são elencadas em função de quatro etapas bem distintas existentes no processo de resolução de um problema: análise do problema, planejamento do processo de solução, execução de operações de rotina e conferência da resposta e interpretação do resultado.

Além de deixar patente o mau posicionamento do novato frente a uma situação-problema, este modelo também evidencia as limitações, e mesmo a ineficácia, da aprendizagem por imitação do novato pelo expert , ou do estudante pelo professor, em tarefas de resolução de problemas.

Ocorre que durante o processo de solução de um problema pelo especialista muitos dos passos por ele seguidos não se fazem perceptíveis ao observador atento, pois são tomados mentalmente e de uma forma bastante abreviada. Usualmente, a única parte passível de um acompanhamento mais detalhado é a que se refere a execução das operações de rotina (fase 3, na Fig.1), isto é, os cálculos principais do problema. page9image5264
  • “Na fase 1, a parte escrita limita-se freqüentemente ao rabisco de alguns dados.
  • Na fase2, o loop 2b-2c não é em geral comentado, porque a maioria dos problemas são meras rotinas* para o professor (exercícios).
  • A conferência dos resultados, tão usual ao especialista, também é feita mentalmente.
  • Como, então, podem os estudantes aprender a fazerem uma cuidadosa análise do problema, a planejarem os passos relativos a solução e a avaliarem os resultados se eles não vêem o professor fazendo isso?” 

* Nota minha (Juliano): Rotina são aqueles passos que o solucionador possui após ter realizado diversos exercícios parecidos, ter estudado a teoria por completo ou padrões estabelecidos mentalmente para solucionar um problema.

Diante disso e de seu estudo, Peduzzi propôs 12 etapas para a resolução de exercícios. Para um melhor aprofundamento de cada etapa, indico a leitura do item V. Comentários sobre a estratégia apresentada na seção anterior, do texto de Peduzzi. As etapas são as seguintes:

  1. Ler o enunciado do problema com atenção, buscando à sua compreensão;
  2. Representar a situação-problema por desenhos, gráficos ou diagramas para melhor visualizá-la;
  3. Listar os dados (expressando as grandezas envolvidas em notação simbólica);
  4. Listar a(s) grandeza(s) incógnita(s) (expressando-a(s) em notação simbólica);
  5. Verificar se as unidades das grandezas envolvidas fazem parte de um mesmo sistema de unidades; em caso negativo, estar atento para as transformações necessárias;
  6. Analisar qualitativamente a situação problema, elaborando as hipóteses necessárias;
  7. Quantificar a situação-problema, escrevendo uma equação de definição, lei ou princípio em que esteja envolvida a grandeza incógnita e que seja adequada ao problema;
  8. Situar e orientar o sistema de referência de forma a facilitar a resolução do problema;
  9. Desenvolver o problema literalmente, fazendo as substituições numéricas apenas ao seu final ou ao final de cada etapa;
  10. Analisar criticamente o resultado encontrado;
  11. Registrar, por escrito, as partes ou pontos chave no processo de resolução do problema;
  12. Considerar o problema como ponto de partida para o estudo de novas situações-problema.

No trabalho abaixo, busco ilustrar um problema resolvido dessa maneira, entretanto, as etapas subjetivas não podem ser narradas:

IFGW, UNICAMP – FL701 – Juliano Bento – Exercício de Resolução

FONTES:

Matemática Elementar Para Física

Para conseguir trabalhar bem com os problemas de física, todos sabemos da necessidade de manipular a matemática. Além do próprio conteúdo visto durante o Ensino Médio (EM), necessário se faz logo no começo do primeiro ano revisar e relembrar alguns conceitos já vistos no Ensino Fundamental.

Parece tolo, mas alguns dos maiores erros que vemos em todos os anos do EM, são de operações  envolvendo fração, divisão com e sem vírgula, soma, diferenciação, dentre outros.

Abaixo listo algumas das matérias que utilizaremos (e muito!) durante todo o EM:

  • —Expressões Numéricas e Algébricas;
  • Parênteses, Colchetes e Chaves;
  • Operações envolvendo Fração (MMC, multiplicação, divisão e etc.);
  • Sinal Negativo, Positivo e Operação de Subtração;
  • Produtos Notáveis;
  • Potenciação;
  • Função e Equação de 1º grau;
  • Função e Equação de 2º grau;
  • Gráfico de uma função;
  • —Notação Científica e Potência de 10;
  • Funções Trigonométricas (Seno, Cosseno, Tangente e etc.);
  • Lei dos Cossenos.
Pré-requisíto mínimo para começar a aprender física é dominar essas frentes.
Bom Estudo.

A Órbita de Mercúrio

A órbita do planeta Mercúrio foi durante algum tempo um fator de discussão na ciência. Isso se deve ao fato de que a Lei das Órbitas da física clássica, não predizia com total fidelidade o movimento desse planeta. Esse problema ficou conhecido como Precessão da Órbita de Mercúrio. Quem conseguiu resolver esse problema teórico, foi ninguém menos que o físico Albert Einstein, conforme explicação do site plato.if.usp.br:

Quando Einstein desenvolveu a relatividade geral, ele propôs 3 testes dela:

  1. Deflexão de um feixe de luz por um campo gravitacional: isto foi comprovado pela observação de estrelas durante o eclipse de 1919 e posteriormente com outros eclipses e outros tipos de observações […].
  2. Desvio gravitacional da frequência de um feixe de luz num campo gravitacional: isto foi comprovado pela experiência de Pound e Rebka na torre de Harvard em 1960. Como frequência é o inverso do tempo, a marcha de um relógio é afetada por um campo gravitacional e isto foi testado colocando-se relógios em um avião.
  3. Precessão do periélio de mercúrio: havia uma pequena discrepância entre a precessão calculada pela mecânica newtoniana e a precessão observada, 43,11” ± 0,45 por século. Quando Einstein calculou o valor desta precessão usando a relatividade geral, ele encontrou quase 43”. Quando ele percebeu que este resultado era uma consequência natural da sua teoria, sem nenhuma hipótese adicional, Einstein ficou extremamente feliz. Abraham Pais, físico e biógrafo de Einstein, em “Sutil é o Senhor” escreve que: “esta descoberta foi, eu acredito, a experiência emocional mais forte da vida científica de Einstein, talvez de toda a sua vida. A natureza tinha falado com ele”.

Vamos analisar um pouco mais afundo este terceiro item. De acordo com a mecânica newtoniana, as órbitas dos planetas deveriam ser elipses fechadas, com o sol situado em um dos focos e os eixos apontando sempre as mesmas direções do espaço. Na prática, porém, a elipse não fica no mesmo lugar o tempo todo. Em particular, o ponto de máxima aproximação ao Sol (periélio) muda de localização.

Image mercure

Essa precessão é de 574”/século. Boa porte dela pode ser explicada pelas perturbações devido aos outros planetas. Porém, sobra 43”/século que não é explicada. Acreditou-se que isso seria devido a um planeta desconhecido, “Vulcan”, (Afinal, foi dessa forma que a existência de Neptuno fora prevista para entender o movimento de Urano). Esse planeta nunca foi descoberto e foi somente com a publicação do trabalho de Einstein que esse mistério teve fim”.

Em notícia recente do site UOL, podemos verificar que esse fato ainda gera discussão no meio acadêmico. Hoje, com esse estudo e a Teoria da Relatividade Geral ainda melhor compreendida, observa-se que Mercúrio pode, inclusive, se desvencilhar do Sol. Segue abaixo matéria Com órbita ‘caótica’, Mercúrio pode se perder do Sistema Solar, diz estudo do site UOL, publicada em 23/12/2013 – 18h01:

Para sistemas solares se organizarem, as órbitas dos planetas podem ficar instáveis, principalmente daqueles mais perto do Sol. Estudo divulgado no periódico científico Proceedings of the National Academy of Science nesta segunda-feira (23), cita a instável órbita de Mercúrio -o planeta que em nosso Sistema Solar localiza-se mais próximo do Sol- como uma evidência dessa organização confusa e afirma que o planeta pode até mesmo se perder do Sistema Solar daqui a 5 bilhões de anos.

UCLA

Órbita de Mercúrio dura 88 dias e a distância máxima do planeta ao Sol é de 77 milhões de quilômetros (Afélio) e a mínima é de 46 milhões (Periélio), sendo uma órbita bem excentrica

Sistemas solares organizam os planetas que os compõem de tempos em tempos, mas isso ocorre de forma conturbada e com instabilidades orbitais que afetam em especial os planetas localizados próximos a seu centro. Isso é o que afirma um estudo divulgado no periódico científico Proceedings of the National Academy of Science nesta segunda-feira (23).

Conduzido por cientistas ligados à Northwestern University, nos Estados Unidos, o estudo cita a instável órbita de Mercúrio — o planeta que em nosso Sistema Solar localiza-se mais próximo do Sol — como uma evidência dessa organização confusa.

O estudo afirma que graças a sua “particularmente caótica” órbita, Mercúrio pode até mesmo se perder do Sistema Solar daqui a 5 bilhões de anos.

O caos ocorrido com sua órbita, ainda segundo o estudo, encontra paralelo também com a órbita de Marte (um dos planetas mais leves de nosso sistema).

Os astrônomos autores da pesquisa afirmam que a tendência apontada por eles foi possível de ser observada também em outros sistemas extra-solares, nas órbitas dos chamados planetas do tipo Júpiter quente (classe de planetas extrassolares que possuem massa similar à de Júpiter).

Mercúrio encolhe

Nos últimos dias, a descoberta de que o planeta vizinho ao Sol vem diminuindo de tamanho a uma intensidade maior do que se pensava surpreendeu astrônomos.

Cientistas afirmam que o encolhimento do planeta é da ordem de 11,4 quilômetros em seu diâmetro, e que ele teria diminuído isso desde a criação do Sistema Solar, 4,5 bilhões de anos atrás. Dados de pesquisas anteriores apontavam um encolhimento em apenas dois ou três quilômetros em seu diâmetro.

A razão para isso estaria na composição do planeta, que vem esfriando ao longo dos anos.

FONTE: noticias.uol.com.br/ciencia/ultimas-noticias/redacao/2013/12/23/com-orbita-caotica-mercurio-pode-se-perder-do-sistema-solar-diz-estudo.htm acessado em 24/12/2013 – 11h11

Simulador de Gravidade Zero

Podemos simular na Terra uma sensação de ausência momentânea da força gravitacional sobre nossos corpos. Trago uma matéria do site UOL sobre o assunto. As marcações em bold são minhas.

É possível voar sem gravidade na Terra?

Do UOL, em São Paulo
12/11/201306h00

É possível experimentar a quase total ausência de gravidade e flutuar usando apenas um avião a jato em condições perfeitas para realizar voos parabólicos e um estômago em condições perfeitas para não vomitar.

Não é preciso viajar até a órbita do planeta Terra para experimentar a quase total ausência de gravidade e flutuar. É possível fazer isso usando apenas um avião a jato em condições perfeitas para realizar voos parabólicos e um estômago em condições perfeitas para não vomitar.

O voo parabólico permite vivenciar a microgravidade semelhante à que existe no espaço. O jato decola até atingir uma altitude segura no céu. Em seguida, ele passa a voar em ziguezague, como se estivesse subindo e descendo várias montanhas.

A aventura começa quando o jato decola a 47° de inclinação em relação à superfície terrestre. Para se ter uma ideia, a decolagem de um voo comercial não ultrapassa os 20° de inclinação.

No fim da primeira subida, dá para sentir a microgravidade, que dura apenas 20 segundos. Quando o avião está na metade da altitude da descida, acontece o contrário da ausência de peso: tudo fica muito mais pesado, e é difícil sair do chão. Em seguida, o jato começa uma nova subida, e todo mundo volta a sentir mais 20 segundos de ausência de peso depois de 40 segundos de pura hipergravidade.

Voos parabólicos começaram a ser usados para pesquisas em microgravidade – isso pode sair mais barato do que enviar a pesquisa para uma estação espacial, por exemplo. Hoje, há empresas que realizam estes tipos de viagem por diversão.

Só não é divertido para o bolso: a empresa mais conhecida desse ramo, a Zero G, nos Estados Unidos, cobra a partir de US$ 4.950 por pessoa para voar em um Boeing 727 modificado. O valor pode ficar maior se o cliente decidir aumentar o número de parábolas.

Antes da decolagem, todos os passageiros são obrigados a tomar um remédio contra enjoo. Quem tem estômago forte e curte a viagem diz que a sensação é de estar dentro de uma piscina funda, só que sem água. Também é difícil ficar de pé na ausência de gravidade: normalmente, as pessoas flutuam como se estivessem sentadas em cadeiras invisíveis.

COMO ATINGIR A MICROGRAVIDADE NA TERRA

Arte UOL

Consultoria: Mauricio Pazini Brandão, engenheiro aeronáutico do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), de São José do Campos (SP) e Thais Russomano (professora PhD em Space Physiology – King’s College London e coordenadora do Centro de Microgravidade da PUC-RS) . Fontes: Guinness World Records e sites da empresas Embraer, Airbus e Zero G.

FONTE: http://noticias.uol.com.br/ciencia/ultimas-noticias/redacao/2013/11/12/clique-ciencia-e-possivel-voar-sem-gravidade-sem-sair-da-terra.htm

Lixo Espacial

Ao estudarmos órbitas, não podemos nos esquecer que existem uma infinidade de dejetos orbitando a Terra que vão desde carcaça de foguetes até satélites obsoletos. Obviamente, muitos desses materiais ainda estão ativos, contudo somente aumentam a quantidade de materiais no espaço, conforme observamos nessa representação abaixo. Trago também matéria recente sobre o assunto.

Materiais que Orbitam Terra

Imagem retrata 22 mil objetos que hoje orbitam ao redor da Terra

Do UOL, em São Paulo
16/12/201320h17

Especialista em espaço, o designer e fotógrafo alemão Michael Najjar divulgou recentemente em seu site imagem criada com dados da Agência Espacial Norte-Americana (a Nasa) retratando a Terra e 22 mil objetos que hoje orbitam a seu redor.

Segundo a Nasa, existem aproximadamente 370 mil fragmentos de lixo e equipamentos espaciais orbitando em volta da Terra a velocidades de até 35 mil quilômetros por hora.

Destes, apenas 22 mil são possivelmente identificáveis e monitoráveis. Grande parte do total trata-se de detrito espacial, já sem uso.

Repleta de equipamentos criados e lançados ao espaço desde 1954 pelo homem, a imagem faz pensar se em breve já não será difícil que um foguete ou uma espaçonave decolem rumo ao espaço sem colidir contra um desses objetos.

[…]

Satélite caiu em novembro

Há pouco mais de um mês, a notícia de que o satélite Goce, da Agência Espacial Europeia (a ESA), estava prestes a cair sobre a Terra chamou atenção para a questão dos detritos espaciais.

O equipamento acabou se desintegrando ao reentrar na atmosfera terrestre em 10 de novembro, sem causar maiores danos. Os restos do satélite passaram por regiões como a Sibéria, o oeste do Oceano Pacífico, o leste do Oceano Índico e a Antártica.

Todos os anos, segundo a ESA, de 100 a 150 toneladas de material produzido pelo homem e lançado ao espaço retornam à atmosfera terrestre.

FONTE: http://noticias.uol.com.br/ciencia/ultimas-noticias/redacao/2013/12/16/imagem-retrata-22-mil-objetos-que-hoje-orbitam-ao-redor-da-terra.htm