Experimentos de Eletrostática

Trago hoje dois experimentos bem interessantes de eletrostática do canal do Youtube “Manual do Mundo”. O primeiro vídeo é o fenômeno chamado levitação eletrostática. O princípio básico observado é a eletrização por atritoAgradeço ao Guilherme por essa dica. Vejamos:

O outro experimento do mesmo canal é a chamada Garrafa de Leyden:

Segundo Antônio Carlos Moreirão de Queiroz, Professor do COPPE da UFRJ, “A ‘garrafa de Leyden’ e um tipo de capacitor de alta tensão de uso comum em eletrostática. Na forma usual atualmente (últimos 200 anos…), Consiste em um pote cilíndrico de material altamente isolante, com uma folha metálica fixada por for fora e outra fixada por dentro. Um terminal atravessando a tampa do pote faz contato com a folha interior, e um anel metálico faz contato com a folha exterior, constituindo assim os dois terminais do capacitor'”.
FONTE: www.coe.ufrj.br/~acmq/leydenpt.html

 

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:

Ondas Estacionárias e Harmônicos

Trago aqui alguns vídeos sobre ondas estacionárias e ondas se propagando em cordas, gerando harmônicos. Infelizmente, achei somente vídeos interessantes em inglês, portanto tentarei orientá-los no que se observa.


1º Vídeo

Neste vídeo do Dr. James Dann (Ph.D. em Física de Partículas e professor de ciências  em uma escola no estado da Califórnia –  EUA, de acordo com seu LinkedIn), observamos um aparato experimental composto basicamente de um motor que eleva e desce uma corda tensa amarrada nas extremidades, gerando uma vibração. Essa vibração gera uma onda que, por reflexão, volta na corda, criando uma onda estacionária. Podemos observar os seguintes pontos interessantes no vídeo:

  • Em 1:00 vemos um 2º Harmônico sendo formando
  • É dito que a frequência fundamental é de 8,5 Hz (ou RPMs… Não está claro a unidade de medida).
  • Diz, conforme aprendemos, que o 2º harmônico é 2x o 1º, o 3º 3x e assim por diante.
  • Em 2:16 vemos um 1º Harmônico sendo formado.
  • Em 2:53 vemos em 3º Harmônico sendo formado.
  • Em 3:46 vemos o 6º Harmônico sendo formado.

2º Vídeo

Esse vídeo busca ilustrar ondas estacionárias num ambiente “Bidimensional”. Vemos basicamente ondas criando ventres na água, não tão rápido como numa corda, mas igualmente interessante. Não consegui descobrir de qual universidade é esse tanque, mas assim que achar, atualizarei esse post. Traduzo a seguir parte da descrição do vídeo: Uma onda é feita enviando um grupo de ondas ao longo de um reservatório de encontro com uma parede fixa. A onda refletida é sobreposta as ondas incidentes duplicando a amplitude. À medida que a máquina de onda transmite mais energia para o sistema, há aumentos de amplitude. As ondas são sustentadas pela gravidade e pela força hidrostática e dissipada pela viscosidade do fluido (as forças de atrito contra a parede são desprezíveis).


3º Vídeo

O último vídeo é uma réplica gravado de forma mais amadora (provavelmente em alguma convenção ou museu), onde vemos diversos harmônicos sendo criados sucessivamente a medida que a frequência diminui. Uma curiosidade é que o motor gira a corda ao invés de movimentá-la de cima para baixo, criando o mesmo efeito.

FONTES:

Ondas Sonoras “Visíveis”

Trago esse vídeo do canal do Youtube Brusspup – Illusions and Science onde o autor acoplou uma caixa de som a uma mangueira de água. A onda sonora senoidal se reveste da água concedendo a figura que vemos abaixo. Não achei uma descrição do vídeo sobre como exatamente ele conseguiu tal efeito, assim recorri ao site hypescience.com onde trago abaixo do vídeo a explicação e construção do fenômeno.

As ondas sonoras têm uma capacidade incrível de fazer outros objetos se corresponderem com sua frequência. Se você já ouviu alguma música com uma batida pesada em seu carro, já deve ter percebido os espelhos ondulando quando as ondas sonoras batem. O que está acontecendo no vídeo acima é essencialmente isso, embora o resultado final seja muito mais dramático.

A onda senoidal viaja a 24 Hz através de um alto-falante com uma mangueira de água. Então, a mangueira começa a vibrar 24 vezes por segundo. Quando a água sai, forma as ondas que correspondem à frequência de 24 Hz.

E aqui está o truque: o verdadeiro herói desta cena é a câmera. Porque se fossemos ver a olho nu, enxergaríamos apenas uma onda indo e vindo. Mas com a câmera filmando a 24 quadros por segundo, o que vemos é que a água parece congelar no ar.

Cada onda de água atinge o mesmo espaço exato, 24 vezes a cada segundo. No filme, parece que a mesma onda fica no ar por tempo indeterminado, quando, na realidade, uma onda diferente tomou o seu lugar em cada quadro.

Fonte: hypescience.com/10-fenomenos-cientificos-que-vao-deixar-voce-de-queixo-caido/


[Atualizado] Encontrei a descrição somente agora. Como está bem explicado acima, vou deixar abaixo a descrição do experimento conforme o autor publicou no youtube (caso um dia ele apague o vídeo terei, pelo menos, salvo aqui). Se alguém tiver curiosidade, traduzirei.

Ever since I created the first version of this video a year ago I’ve been wanting to try it again with more water and better lighting / footage. This is a really fun project and when you first see the results, chances are your jaw will drop. The main thing to keep in mind for this project is that you need a camera that shoots 24 fps. 

The effect that you are seeing can’t be seen with the naked eye. The effect only works through the camera. However, there is a version of the project you can do where the effect would be visible with the naked eye. For that project, you’d have to use a strobe light.

For this project you’ll need:

A powered speaker
Water source
Soft rubber hose
Tone generating software
24 fps camera
Tape.

Run the rubber hose down past the speaker so that the hose touches the speaker. Leave about 1 or 2 inches of the hose hanging past the bottom of the speaker. Secure the hose to the speaker with tape or whatever works best for you. The goal is to make sure the hose is touching the actual speaker so that when the speaker produces sound (vibrates) it will vibrate the hose.

Set up your camera and switch it to 24 fps. The higher the shutter speed the better the results. But also keep in the mind that the higher your shutter speed, the more light you need. Run an audio cable from your computer to the speaker. Set your tone generating software to 24hz and hit play.Turn on the water. Now look through the camera and watch the magic begin. If you want the water to look like it’s moving backward set the frequency to 23hz. If you want to look like it’s moving forward in slow motion set it to 25hz.

Fonte: http://www.youtube.com/watch?v=uENITui5_jU

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.

Cuidado na Escolha da Faculdade

Todo ano temos uma lista divulgada pelo MEC com os melhores e piores cursos e faculdades do país. Hoje tivemos uma notícia sobre 270 cursos de faculdades que tiveram seus vestibulares suspensos. Para que isso acabe por se transformar num grande problema para o aluno, que dedica tempo e dinheiro numa faculdade que pode acabar por ter seu curso cassado pelo MEC, é de suma importância passar longe desses centros de ensino no momento da escolha de um curso de ensino superior.

Clique aqui para conferir essa lista em formato PDF.

Segue abaixo matéria do site UOL:

MEC publica lista dos 270 cursos que terão vestibular suspenso; consulte

Do UOL, em São Paulo
06/12/201308h19 > Atualizada 06/12/201310h00
O MEC (Ministério da Educação) publicou na manhã desta sexta (6), no Diário Oficial da União, a lista com os cursos que tiveram seus vestibulares suspensos, após avaliação insatisfatória. Também foram publicadas as “notas” de todas as instituições avaliadas em 2012.

Dos 270 cursos de ciências humanas e sociais aplicadas, 103 são cursos de administração, 38 de direito, 51 de ciências contábeis e 16 de comunicação social. Cursos tecnológicos de gestão e negócios, apoio escolar, hospitalidade e lazer, produção cultural e design que tiveram notas repetidas abaixo da mínima exigida pelo ministério (3) também serão punidos.

Deixarão de ser ofertadas 44.069 vagas no vestibular de verão do próximo ano dos cursos que tiveram pela segunda vez notas baixas na avaliação do MEC.

Qualidade

O MEC avaliou neste ano 8.184 cursos de ensino superior, divididos em dez carreiras de bacharelado e seis tecnológicas. Entre elas, por exemplo, estão direito, administração, relações internacionais, psicologia e comunicação social.

Desses, 12,9% foram considerados de qualidade insatisfatória e tiveram CPC (Conceito Preliminar do Curso) abaixo de 3 –nota mínima exigida pelo órgão. Entre os reprovados, há 728 cursos privados e 33 cursos de instituições federais de ensino.

Os cursos com nota insatisfatória passam por supervisão do MEC. Aqueles que, após a supervisão, repetem o desempenho ruim na segunda avaliação têm seus vestibulares suspensos.

Dos 270 cursos com vestibular suspenso, 152 poderão reabrir seus vestibulares após um acordo de melhorias com o ministério.

FONTE: http://educacao.uol.com.br/noticias/2013/12/06/mec-publica-lista-dos-270-cursos-que-terao-vestibular-suspenso-consulte.htm