Onda
A ideia de criá-lo surgiu em 2013,
movida pela intenção de propiciar aos alunos da disciplina Física
Geral II, do curso de Licenciatura em Matemática do IBILCE/UNESP,
uma experiência positiva com o uso de tecnologias, que seja
significativa, do ponto de vista pedagógico.
Aqui você encontra aulas de Física
com tecnologias para o Ensino Médio, criadas e comentadas por esses
alunos (Aula 1, Aula 2 etc.), além
de um breve debate sobre o tema “Por que
integrar tecnologias às aulas de Física da escola básica?”, uma
seleção de artigos sobre o mesmo e um apanhado de conceitos
de Física postados pelos professor.
Destaque:
Veja as leituras sugeridas de apoio para o Debate, na terceira etapa da atividade, sobre as atividades postadas no blog.
Tira-dúvidas.
Possível dúvida: Como deve aparecer o conteúdo na aula? Deve ser apenas indicado?
Resumo do conteúdo ministrado na sala de aula
Começamos o curso estudando ondas. As ondas (mecânicas) são perturbações na matéria elástica que transmitem energia (mas não matéria).Quanto à direção de de vibração, as ondas podem ser classificadas como longitudinal ou transversal. As ondas sonoras, como mostra a animação abaixo, se propagam longitudinalmente: a direção de propagação é a mesma da direção da perturbação.
Quanto à direção de propagação, as ondas são uni-, bi- ou tridimensionais. A onda em uma corda é unidimensional; a onda na superfície da água é bidimensional; a luz e o som são ondas tridimensionais.
Tipicamente, uma onda é caracterizada por uma frequência, um comprimento de onda e uma amplitude. A velocidade de uma onda é dada pelo produto da frequência pelo comprimento de onda.
Se a fonte está em movimento com relação ao receptor, o comprimento de onda e, portanto, a frequência varia de modo a manter a velocidade constante. Este fenômeno é conhecido como efeito Doppler (descoberto por Christian Doppler).
Animação 1: Efeito Doppler.
Animação 2: Efeito Doppler.
Animação 3: Outro experimento do efeito Doppler
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| Christian Doppler (1803-1853) |
Animação 5: Ondas na superfície da água são ondas transversais.
Vimos também que as ondas eletromagnéticas não requerem um meio material para se propagar. As ondas eletromagnéticas são perturbações no campo elétrico e no campo magnético que se propagam com a velocidade da luz (300.000 km/s). A luz é, portanto uma radiação eletromagnética.
Radiação eletromagnética
James Clerk Maxwell deu forma final à teoria moderna do eletromagnetismo, que unifica a eletricidade, o magnetismo e a ótica.
Estudamos também o fenômeno de dualidade onda-partícula. Vimos que a luz, inicialmente tratada como partícula por Sir Isaac Newton, passou a ser tratada como onda por Huygens e seguidores. Posteriormente, Albert Einstein, usando a ideia de Max Planck sobre quantização da energia, verificou que a luz (radiação eletromagnética) deve ser considerada como partículas (quanta de luz) para explicar satisfatoriamente o efeito fotoelétrico. Na mesma época, o físico (e príncipe) francês Luis de Broglie propôs que matéria também pode se comportar como onda.
Atividade 1: Quais foram as principais contribuições dos cientistas abaixo (Newton, Einstein e Planck) para a Dualidade Onda-Partícula? Cite um cientista que, na sua opinião, contribuiu, assim como Newton, Einstein e Planck, para o estudo da natureza dual da luz e da matéria (dualidade onda-partícula). Justifique a sua resposta!
Isaac Newton Albert Einstein Max Planck Quem?
Em seguida, passamos a estudar alguns conceitos de Termodinâmica.
Termodinâmica
A Termodinâmica é o estudo dos efeitos do trabalho, calor e energia sobre um sistema. A Termodinâmica está relacionada a observações em larga escala.
Na escala microscópica, a teoria cinética dos gases, considerada um complemento da Termodinâmica, descreve a interação entre as moléculas do gás.
A base da Termodinâmica pode ser descrita por três (ou quatro) leis, cujos principais conceitos são listados abaixo:
Lei Zero: equilíbrio termodinâmico e temperatura
Primeira lei: Calor, trabalho e energia
Segunda lei: Entropia
Nota: Existe a Terceira Lei da Termodinâmica, desenvolvida pelo físico-químico alemão Walther Hermann Nernst, entre 1906 e 1912, segundo a qual, quando a temperatura de um sistema se aproxima do zero absoluto, cessam todos os processos e a entropia deste sistema é mínimo. Este tópico, entretanto, está fora do conteúdo da nossa aula.
Transferência de calor por trasfecção.
Enunciado das leis da Termodinâmica
Lei Zero da Termodinâmica: Quado dois objetos estão separadamente em equilíbrio termodinâmico com um terceiro objeto, eles estão em equilíbrio entre si.
A Lei Zero começa com a definição de equilíbrio termodinâmico. Algumas propriedades de um objeto podem variar quando ele é aquecido ou resfriado. Se dois desses objetos são colocados em contato, inicialmente suas propriedades podem mudar, mas eventualmente as propriedades param de variar quando o objeto atinge o equilíbrio termodinâmico.
O equilíbrio termodinâmico leva à definição de temperatura. Dois objeto à mesma temperatura estão em equilíbrio termodinâmico. No processo de alcançar o equilíbrio térmico, calor, que é uma forma de energia, é transferida entre os objetos.
O resultado desta transferência de energia é discutido pela Primeira e pela Segunda Leis da Termodinâmica.
Nota: Objetos em equilíbrio termodinâmico têm mesma temperatura.
Celsius, Fahreheit e Kelvin: dispensam apresentação!
Animação da Lei Zero da Termodinâmica
A Lei Zero da Termodinâmica permite a definição de uma escala de temperatura, como por exemplo, as escalas de temperatura Celsius, Fahrenheit, Kelvin, Réaumur, Rankine, Newton e Leiden. Dentre essas e outras escalas de temperatura existentes, as escalas Celsius, Kelvin e Fahrenheit são as mais usadas tanto do nosso dia-a-dia, como em pesquisa científica.
Conversor de Temperatura: Kelvin, Celsius e Fahrenheit
Conversor de Temperatura 2: Kelvin, Celsius e Fahrenheit
Termômetro: apresentação em Flash sobre termômetro.
Conversor de Temperatura: Kelvin, Celsius e Fahrenheit
Conversor de Temperatura 2: Kelvin, Celsius e Fahrenheit
Termômetro: apresentação em Flash sobre termômetro.
Primeira Lei da Termodinâmica: Todo sistema termodinâmico possui uma função de estado de equilíbrio, denominada energia interna U. Entre dois estados de equilíbrio quaisquer, a variação da energia interna, ΔU, é igual à diferença de transferência de calor ΔQ para o sistema, mais o trabalho W realizado pelo sistema.
Matematicamente,
ΔU = ΔQ - W
A primeira lei da Termodinâmica não permite a existência de máquinas de movimento perpétuo, como a mostrada na animação acima. Até agora, esta lei ainda não foi violada, exceto no nível microscópico da mecânica quântica, onde a energia e o tempo obedecem o Princípio da Incerteza de Heisenberg.
A variação na entropia é igual à quantidade de calor transferida dividida pela temperatura. Matematicamente,
ΔS = ΔQ/T
Enquanto a Primeira Lei da Termodinâmica estabelece a conservação da energia em qualquer transformação, a Segunta Lei da Termodinâmica estabelece condições para que essas transformações ocorrerem.
Animação: Ciclo de Carnot
A Termodinâmica é um dos tópicos desta disciplina. Lord Kelvin é considerado o pioneiro da Termodinâmica. Quais outros cientistas se destacaram no desenvolvimento das leis da Termodinâmica?
Lord Kelvin
Ludwig Boltzmann
Energia Térmica
Ludwig Boltmann (1844-1906) foi um grande físico austríaco, cujo trabalho mudou radicalmente diversos ramos da Física. Boltmann é mais conhecido pelo seu papel no desenvolvimento da Mecânica Estatística e a explicação estatística para a Segunda Lei da Termodinâmica.
Ludwig Boltzmann
Energia Térmica
Material de apoio:
Olá! Gostei muito do blog, principalmente das animações. Gostaria de saber se posso e como baixar essas animações para a apresentação de um trabalho. Gostaria de saber, também, se existe alguma animação sobre Entropia em processos reversíveis. Obrigada!!
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