Folhetim 09 - Galera da Física

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FOLHE FOLHE 6 FOLHE TIM TIM NOVEMBRO DE 1999 papel tão importante no seminário de Sommerfeld. Só pude dizer que eu não sabia realmente o que significava ‘compreender’ em nossa ciência natural. O aparato matemático da teoria da relatividade não me causava nenhuma dificuldade, mas isso não significava, necessariamente, que eu houvesse ‘compreendido’ porque um observador em movimento, ao usar a palavra ‘tempo’, referia-se a algo diferente de um observador em repouso. Aquilo me intrigava e me parecia incompreensível. - Mas, havendo compreendido o arcabouço matemático - contestou Wolfgang -, com certeza você pode prever o que um observador em repouso e um observador em movimento têm que observar ou medir. Temos boas razões para supor que um experimento real confirme essas previsões. O que mais você quer? - Eis aí o meu problema - retruquei. - Não sei o que mais pode ser exigido. Sinto-me meio ludibriado pela lógica implícita no arcabouço matemático. Talvez você possa até dizer que aprendi a teoria com o cérebro, mas não ainda com o coração” (Heisenberg, 1996, pp. 41-42). Esse sentimento de ter sido “traído” pelo raciocínio matemático, é algo que parece estar na base de boa parte das dificuldades manifestas por alguns estudantes de Física; justamente os mais questionadores, mas não necessariamente os mais bem sucedidos nesse modelo formalista e repetitivo de educação. A questão da prensa hidráulica, levantada neste artigo, é apenas um exemplo, dentre tantos outros possíveis, nos quais um aparato matemático extremamente simples, encerra armadilhas conceituais nem sempre seriamente confrontadas ou ao menos percebidas, mas que podem ser problematizadas à luz de uma cuidadosa análise históricoconceitual. Conclusão Incursões históricas sobre a formulação original de Pascal e sobre o problema da prensa hidráulica, assim como sobre outros assuntos da Física, poderiam ser extremamente interessantes de serem disponibilizadas aos nossos professores. Principalmente se aliadas a considerações filosóficas, educacionais e experimentais. Elas poderiam revelar aos nossos mestres certos detalhes essenciais da formação dos conceitos envolvidos que, com certeza, poderiam ser de grande valia na compreensão das dificuldades de construção daquele conhecimento e das possíveis origens das dúvidas dos seus próprios alunos. O espaço disponível de um artigo, no entanto, não comporta mais que uma provocação analítica, como a aqui oferecida. Um tratamento mais pormenorizado da questão demandaria, certamente, um texto muito mais longo, não condizente com o objetivo aqui estabelecido. Infelizmente, uma literatura deste tipo não parece, ainda, ser do interesse da maioria dos editores, ao menos em língua portuguesa. Alexandre Medeiros, PhD (med@hotlink.com.br) Programa de Pós-Graduação em Educação nas Ciências - Departamento de Física e Matemática - Universidade Federal Rural de Pernambuco Referências Bibliográficas - Dugas, R. A History of Mechanics. New York: Dover, 1988. - Harman, P. Energy, Forces and Matter: The Conceptual Development of Nineteenth-Century Physics. Cambridge: Cambridge University Press, 1985 - Heisenberg, W. A Parte e o Todo. Rio de Janeiro: Contraponto, 1996 - Hewitt, P. Conceptual Physics. Boston: Scott, Foresman and Company, 1989 - Mach, E. The Science of Mechanics. La Salle, Illinois: Open Court Classics, 1989. - Taylor, L. Physics: The Pioneer Science. New York: Dover, 1959. “ O ensino de Física tem-se realizado freqüentemente mediante a apresentação de conceitos, leis e fórmulas, de forma desarticulada, distanciados do mundo vivido pelos alunos e professores e não só, mas também por isso, vazios de significado. Privilegia a teoria e a abstração, desde o primeiro momento, em detrimento de um desenvolvimento gradual da abstração que, pelo menos, parta da prática e de exemplos concretos. Enfatiza a utilização de fórmulas, em situações artificiais, desvinculando a linguagem matemática que essas fórmulas representam de seu significado físico efetivo. Insiste na solução de exercícios repetitivos, pretendendo que o aprendizado ocorra pela automatização ou memorização e não pela construção do conhecimento através das competências adquiridas. “ MEC, Parâmetros Curriculares Nacionais (Ensino Médio).
NOVEMBRO DE 1999 FOLHE FOLHE FOLHE TIM TIM Partículas elementares e forças da natureza Apresentamos anteriormente as partículas elementares as quais denominamos de “tijolos da Natureza”. No entanto, nos fica a pergunta: “Como essas partículas se rearranjam de maneira a formar os objetos que nos rodeiam”? Como veremos nesta segunda parte, existem quatro forças fundamentais na natureza, responsáveis pelo Universo que temos ao nosso redor. Vejamos a descrição de cada uma dessas forças. AS FORÇAS FUNDAMENTAIS A Força Gravitacional Força de atração que existe entre todos os elementos da Natureza. Estamos mais acostumados a associá-la à atração entre corpos que possuem massa. Essa força é responsável por nos manter sobre a Terra, assim como por manter a trajetória dos corpos celestes e as estruturas de galáxias, conglomerados de galáxias, que há no Universo. A força gravitacional é uma força atrativa de longo alcance. Isto quer dizer que, a qualquer distância entre dois corpos, sempre há uma força de atração entre eles, embora, em alguns casos, essa força seja desprezível comparada a outras forças a que os corpos estão sujeitos. A Força Eletromagnética A força eletromagnética existe entre partículas que possuem carga elétrica. Ao contrário da força gravitacional, a força eletromagnética pode ser de atração ou de repulsão. Como no caso da força gra- SEGUNDA PARTE vitacional, a força eletromagnética é de longo alcance, sendo responsável por manter os elétrons ligados aos núcleos, formando os átomos. Essas forças são responsáveis pelas ligações químicas e pelas propriedades físicas dos sólidos, líquidos e gases. A teoria que descreve o comportamento quântico das interações eletromagnéticas é a Eletrodinâmica Quântica. Essa teoria é certamente uma das teorias com maior sucesso na Física, cujas previsões teóricas têm sido confirmadas experimentalmente com grande precisão. A Força Forte A força forte é responsável por manter a estabilidade dos prótons e nêutrons dentro do núcleo. Para vermos a necessidade de uma força diferente da força eletromagnética para manter os nucleons unidos, basta lembrar que os prótons possuem carga elétrica positiva e os núcleos dos átomos, a partir do Hélio, possuem vários prótons localizados dentro de uma região cujo raio é da ordem de 10 -15 m, o que ocasiona uma enorme repulsão entre essas partículas carregadas eletricamente. Para que o núcleo seja estável, é necessário existir uma força maior que se contraponha a essa repulsão. Entretanto, essa nova força só deve ser importante dentro do núcleo, uma vez que sabemos que prótons livres se repelem. Os nucleons são estados ligados de partículas chamadas de quarks. Os quarks interagem entre si através da força forte que mantém a estabilidade do nucleon. Esta força é de 7 curto alcance, pois está restrita a dimensões de 10 -15 m (dentro do núcleo). O fato desta força só ocorrer entre hádrons é o que os diferencia dos léptons. Dentro do núcleo, a força forte é aproximadamente 137 vezes maior que a força eletromagnética. A teoria que hoje acreditamos descrever a força forte é a Cromodinâmica Quântica. Entretanto, devido à complexidade desta teoria, ainda não sabemos se várias características da força forte são descritas pela teoria, apesar de existirem fortes evidências de que ela descreve os fenômenos dentro do núcleo. A Força Fraca Ao contrário das três forças anteriores, pelo que se sabe até hoje, a força fraca não é responsável por manter partículas ligadas. As forças fracas são responsáveis por decaimentos, como, por exemplo, o decaimento b de nêutrons livres. Mesmo dentro do nucleon, a força fraca é da ordem de 10 -5 vezes menor que a força forte. A força fraca é de curto alcance. O seu raio de ação é da ordem de 10 -17 m, que é menor que o diâmetro nuclear (10 -15 m). Tanto os léptons quanto os hádrons interagem através da força fraca. No caso dos neutrinos, que são partículas sem carga elétrica, a única força através da qual eles interagem é a força fraca. Como esta interação é muito pequena, temos como conseqüência que o estudo das características dos neutrinos é muito difícil. Apesar de existirem várias experiências em andamento envolvendo os
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