BREVE RELATO DOS ESTUDOS SOBRE A LUZ

BRIEF REPORT OF LIGHT STUDIES

Espectro de emissão do mercúrio[1].

Wenderson Rodrigues F. da Silva - Viçosa, 04 de julho de 2019.

  A luz é uma ocorrência da natureza que está diretamente ligado a grande parte dos fenômenos naturais. A evolução dos organismos primitivos (bactérias, archaeas, briófitas...) se deu, em grande parte, com a influência da luz. Graças a ela, esses organismos primitivos evoluirão e, em ciclos cada vez mais energéticos, originaram os seres mais complexos que conhecemos hoje (pteridófitas, gimnospermas, angiospermas, mamíferos...). A importância da luz foi lembrada até no momento da criação do planeta, segundo a doutrina cristã, descrita pela bíblia, no livro do Genesis, compilado: “Deus disse - faça-se a luz.  E a luz foi feita”.

Hoje sabemos, graças a várias pessoas curiosas a respeito das ocorrências da natureza (os cientistas), que a luz nem o planeta foram criados como retratado, em particular, no livro do gêneses. Uma formulação a respeito da luz, que se fundamentou por observações, teve início, pelo menos na história ocidental, com Euclides (325 a.C. - 265 a.  C.) que, no seu tratado Optica, descrevia a luz como raios que partiam dos olhos para os objetos e que eles viajavam em linha reta. Posteriormente foram vários os cientistas que buscaram descrever a luz, Isaac Newton (1643 - 1727), com sua obra Opticks (1704), apresentou a ideia de que a luz é um corpúsculo.

Thomas Young (1773 - 1829), verificou por meio de experimentos que a luz se comporta como uma onda. Já no século XIX, Max Planck (1858 - 1947), e posteriormente, Albert Einstein (1879 - 1955) introduziram o conceito de quanta de energia (mais tarde denominado fóton) e assim atribuiu novamente propriedades corpusculares para a luz.

Newton tentou descrever a luz com o mesmo arcabouço teórico desenvolvido por ele para o estudo da mecânica. Contudo, o modelo não explicava as observações feitas por Christiaan Huygens (1629 - 1695), seu contemporâneo, a respeito dos desvios que a luz sofria ao passar por uma fenda estreita, o que mais tarde Young estudou e descreveu como sendo hoje o que conhecemos como princípio de Huygens.
          Posteriormente, Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827) apresentou uma explicação matemática a respeito das observações relacionadas ao desvio da luz ao passar por fendas estreitas. Matematicamente e de um modo simplificado, o seno do ângulo do desvio que um raio de luz sofre ao passar por uma fenda estritamente pequena, da ordem de grandeza do comprimento de onda dessa luz é:

$$ sin(\theta)=\frac{m\lambda}{a},\qquad (m=\pm1,\pm2,\pm3,...) $$

onde a é a largura da fenda, m é a ordem da franja escura considerada e λ é o comprimento de onda da luz utilizada.

Já no final do século XIX, Max Planck introduziu novamente o conceito corpuscular à luz como forma de explicar certos fenômenos, como o observado por Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894), hoje conhecido como efeito fotoelétrico. De acordo com suas observações, a energia E da luz era quantizada, em pacotes bem definidos, cujos valores dependiam do comprimento de onda da luz, como se segue:

$$ E=h\nu=\frac{hc}{\lambda}$$

onde h é a constante de Planck, $\nu$  a frequência do fóton e c a velocidade da luz no vácuo.

Graças a esses estudos temos aparelhos como lâmpadas, televisores, fibras ópticas, placas solares, máquinas fotográficas, telescópios, entre tantos outros que convivemos cotidianamente. Foi por meio do estudo da luz que foi possível entender o fenômeno da fotossíntese, extremamente importante para diversos organismos vivos que dependem do oxigênio. Desenvolveu-se aparelhos, como espectrômetros, que são destinados a pesquisas e possibilitam realizações de medidas muito precisas. Na  medicina,  indiscutivelmente  se  observou  um  avanço enorme  quando  Wilhelm  Conrad Röntgen  (1845  -  1923),  físico  alemão,  descobriu  os  Raios  X. Graças  ao  intelecto  humano,  a  vontade  pela  busca  do  conhecimento  a  respeito  das  coisas  e muita  persistência,  chegamos  ao  grau  de conhecimento que temos hoje e, a respeito da luz, como vimos, não foi diferente.

Segue-se, abaixo, uma tabela com as principais datas relacionadas aos descobrimentos da óptica.

Datas	Fenˆomeno	Cientista
1609	Invens˜ao do telesc´opio	Galileo Galilei
1621	Lei da Refra¸c˜ao da Luz	Willebord Snell
1704	Publica¸c˜ao do livro Opticks (a luz como particula)	Isaac Newton
1678	Teoria Ondulat´oria da Luz	Christiaan Huygens
1801	Confirma¸c˜oes experimentais da Teoria Ondulat´oria da Luz	Thomas Young
1873	Unifica¸c˜ao da ´optica ao eletromagnetismo	James Clerk Maxwell
1899 1904	F´oton de luz (a luz como particula) Explicação teórica para o Efeito Fotoelétrico	Max Planck Albert Einstein

Tabela 1: Alguns dos principais descobrimentos relacionados a luz.[4]

Bibliografia

[1] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/Mercury_Spectra.jpg (acesso em: 04/07/2019)

[1] https://abrilsuperinteressante.files.wordpress.com/2016/12/isaac-newton.jpg (acesso em: 17/03/2019)

[2] https://cientistadigital.files.wordpress.com/2012/05/thomas-young.jpg (acesso em: 17/03/2019)

[3] https://cdn.britannica.com/73/20973-004-F71E20CB.jpg (acesso em: 17/03/2019)

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/History of optics (acesso em: 27/03/2019)

Autoavaliação da disciplina Didática - EDU 155 - UFV

Autoavaliação da disciplina Didática - EDU 155 - UFV

Wenderson Rodrigues Fialho da Silva – Viçosa, 30 de Junho de 2017

Professorada disciplina 2017-I: Rita de Cássia de Alcântara Braúna.

•  Você em relação ao conteúdo trabalhado - sua apreensão, crescimento ...

Não tenho dúvida que o curso de didática foi produtivo, principalmente no que concerne ao amadurecimento das minhas perspectivas e expectativas em relação ao ato da docência. O meu crescimento se deu principalmente por ter compreendido que o ato da docência, quando exposto ao grande leque de realidades conflitantes existentes no ambiente de ensino é algo complexo, pois quanto mais nítida é a realidade da sala de aula para o professor mais complexa vai ficando a atuação eficiente desse para com todos e, se assim o fizer, o professor se submete a mais uma responsabilidade, além daquela cujo essência seria provocar o conhecimento.

• Você em relação à metodologia utilizada na disciplina - afinidades, dificuldades...

   A forma como o conteúdo foi apresentado foi importante, pois, com uma metodologia diversificada, pode-se maior afinidade por uma em detrimento de outras, possibilitando uma visão empírica da pratica docente em sala de aula. Com isso, ficou evidente que a diversificação da forma como um conteúdo é apresentada é importante, pois, como se sabe, há uma diversidade grande de alunos em sala de aula e, com isso, diversificar a forma como se apresentar um conteúdo é fundamental para tentar “atender” a todos, haja visto que quanto maior for a interação dos sentidos do individuo no processo de ensino aprendizagem mais eficiente será os resultados.

•  Você em relação às atividades desenvolvidas em aula - participação, contribuição...

     Não tive a participação que visava ter no começo do curso. Não me sentir à vontade. Muitas foram as vezes que discuti com os colegas do lado sobre assuntos que estavam sendo discutidos em sala, mas não expus o que estava pensando em roda. Um dos fatores que levaram a isso foi, sem dúvida, o raso aprofundamento que eu fazia dos textos, dedicando pouco tempo e basicamente me inteirava dos assuntos ouvido os debates em sala e lendo os breves texto. Para o trabalho do seminário, especificamente, li o lendo o livro, juventude e ensino médio, seção I e seção II, quando uma das integrantes do grupo, faltando três dias para o seminário, me disse que era para a gente recortar um assunto específico sobre o tema, no caso a EJA, e apresentar sobre ele, pois ela tinha uma pesquisa em uma escola da cidade e isso ajudaria no trabalho. Isso atrapalho as ideias do grupo e, no final, pouco auxiliou o texto base trouxe. Isso prejudicou o grupo.

•  Você em relação ao seu desempenho nas avaliações;

Fui mediano, tive resultados pouco acima da média. Talvez por não ter me reiterado mais sobre os temas, principalmente em questões de cunho conteudistas. As outras formas de avaliações eu ainda não tive acesso ao meu resultado para verificar meu desempenho, contudo, achei bem dividido as notas em relação a quantidade e a formas de atividades propostas.

•  Outros aspectos não relacionados.

Eu gostei do curso mas acho que o nome da disciplina deveria ser outro. Segundo a seguinte definição do winkpidia:

A palavra didática (AO 1945: didáctica) vem da expressão grega Τεχνή διδακτική (techné didaktiké), que se pode traduzir como arte ou técnica de ensinar.

    Chegamos, ou melhor, pelo menos eu cheguei, pensando que a disciplina iria nos proporcionar técnicas e métodos para se produzir uma boa aula. No primeiro dia de aula isso já foi desconstruído. Entretanto chegamos até a aprender algumas formas de elaborar e de lidar com certas situações mas, como eu disse, não foi o que eu imaginei. Ressalto que nem por isso não foi válido, pelo contrário, foi bom e construtivo para mim. Aprendi sobre coisas, que eu já até esqueci, mas que no inconsciente vão me norteando na forma como conduzimos as coisas, principalmente no ambiente escolar. Fiz o download de todos os materiais, com faço com todas as disciplinas, para um dia eu, coso desperte o interesse, vir a relembrar sobre algum tema específico.

• Após desenvolver a sua autoavaliação, observando os elementos acima, atribua a si mesma(o) uma nota - de 0 a 10, justificando-a.

Atribuo nota seis e meio ao meu rendimento. Como já mencionei acima, foi importante escutar a todos, aprender sobre o ambiente escolar, suas particularidades essenciais e distintas. Foi importante também fortalecer a ideia de que a escola é um ambiente de construção do cidadão e que nós professores somos uma importante peça desse quebra cabeça. Quero agradecer a professora e a suas auxiliares por nos proporcionar um ambiente onde se pode discutir ideias importantes, que talvez não seriam discutidas em outros momentos da nossa formação. Aprendi escutando a todos, obrigado.

Experimento sobre a 1ª Lei da Termodinâmica: Equivalente mecânico do calor

Demonstração sobre a 1ª Lei da Termodinâmica

Equivalente mecânico do calor

Wenderson Rodrigues Filaho da Silva, UFV, 20 de março de 2018.

OBJETIVO

      Realizar uma demonstração experimental a respeito da primeira lei da termodinâmica, enfatizando a equivalência entre a energia mecânica e o calor.

CONTEXTO TEÓRICO

Esfregando dois pedaços de madeira, o homem das cavernas conseguia produzir o fogo que o aquecia em tempos frios e o iluminava nos interiores das cavernas. Posteriormente, utilizando também o fogo, o homem notou que os alimentos ficavam mais saborosos quando cozidos. Há tempos as palavras calor, quente e frio têm encontrado, no senso comum, um significado que, devido a sua validade, tal como a mensuração pelo sentido do tato são, há muito tempo, largamente utilizadas. Podemos dispor em ordem diversos corpos, do mais quente para o mais frio, identificar as estações de plantio e colheita de uma cultura e, também, tomar ciência das condições climáticas favoráveis para a escolha de uma vestimenta. “Hoje está fazendo calor, vista uma roupa mais fresca.”; “não toque neste recipiente, ele está quente.”; “nossa! Que sala fria! Desligue o ar condicionado!”. Essas e outras, são frases que popularmente ouve-se falar, mas, devido a sua particularidade, principalmente por ter origem em pessoas distintas, não podemos confiar precisamente. O nosso sentido é limitado em amplitude e precisão, não servido assim para utilização em ciência.

Foi apenas no século XVIII, época esta em que a mecânica do movimento atingira um estágio que a descrição dos movimentos dos planetas já era bem conhecida, que estudos de Benjamin Thomson, o conde Rumford (1753 - 1814) - físico norte-americano de Boston e posteriormente de James Prescott Joule (1818 - 1889) - físico inglês, ambos na época chamados de filósofos naturais, que se teve uma formulação concisa a respeito do conceito de calor, possibilitando a descrição da natureza das transformações térmicas, as quais relacionam a energia mecânica de um sistema com o calor, que veio a ser considerado uma forma de energia em trânsito.

[1]Observações feitas por um médico alemão, Julius Robert Mayer (1814 - 1878 ), em 1842, já apresentavam a ideia de que a energia se conservava em todo o universo.  Mas como dito, foi Joule que verificou experimentalmente e concluiu tais observações, o que posteriormente fundamentou a formulação matemática a respeito da termodinâmica feita por Hermann von Helmholtz (1821 - 1894), matematico, medico e físico alemão, em 1847.

O estudo das relações quantitativas entre o calor e outras formas de energia é chamada de Termodinâmica. Neste experimento usaremos a primeira lei da termodinâmica para estudarmos a relação entre a energia calorifica e a energia mecânica, buscando obter a seguinte equivalência:

$1$ $Caloria$ $=$ $4,18$ $Joules$

A primeira lei enuncia que: “A variação da Energia Interna, $∆U$ ,de um sistema vale o Calor, $Q$, que lhe é fornecido menos o Trabalho, $τ$ ,que ele realiza”.

Matematicamente:                                    $∆U = Q-τ$

Um sistema mudará sua energia interna numa mesma quantidade, independentemente se a interação for somente por troca de calor (trabalho nulo) $∆U=Q$, ou somente pela realização de trabalho (não há trocas de calor com o meio externo), ou seja $∆U= -τ$, isto é, sua energia interna sofrerá a mesma variação. Como em nosso dispositivo consideraremos que toda energia gasta pelo motor será transferida na forma de energia mecânica para o sistema (calorímetro e água) e essa energia será totalmente convertida em energia interna pelo sistema. Segue que:

$∆U=Q$ e  $∆U=-τ$       →      $Q_{recebido pela água}= - τ_{trânsferido à água}$

Observação: Na convenção de sinal do trabalho em Termodinâmica, ele é positivo quando realizado pelo sistema sobre a vizinhança e negativo quando realizado pela vizinhança sobre o sistema, que é o presente caso, daí a necessidade do sinal menos para que o valor seja positivo.

Logo, temos que:

$m_{água}.c_{água}.∆T+C.∆T= V.i.t$        (1) 

Onde $m$ é a massa (em gramas) de água utilizada, $c$ é o calor específico da água (em calorias/(grama. grau celcius)), $∆T$ é a variação da temperatura (em graus celcius) do sistema (água mais calorímetro), $C$ é a capacidade térmica do calorímetro (em calorias/grau celcius) e $V$, $i$, $t$ são respectivamente, a tensão (volts) aplicada ao motor, a corrente elétrica (amperes) e o tempo (segundos) de funcionamento do motor (dispositivo de agitação).

Notem que há algumas grandezas físicas desconhecidas para alguns, todavia servirão para que possamos calcular a energia elétrica fornecida ao sistema, que será transformada em energia mecânica nas pás. Sendo assim, adotem no momento como sendo uma ferramenta útil e simples, que vocês verão com mais detalhes na terceira série do ensino médio. 

                                                                                                                                                         MATERIAIS

            Um motor de 12 volts; um eixo acoplado a uma pá (que movimentará a água e foi confeccionada com um parafuso e uma forma de empadas); um termômetro; um calorímetro (feito com uma lata de embalagem e um copo de isopor); fonte de 5 volts; suporte para fixar o motor; um amperímetro; um voltímetro; um cronômetro; uma balança; um copo; água.

 

                                                                                                                                                        EXPERIMENTOS

METODOLOGIA PARA MONTAGEM DO EXPERIMENTO

            Primeiramente, disponha os materiais sobre uma mesa. Com o auxílio da balança pese 150 g de água (caso tenha acesso, use água destilada), que corresponde a mais ou menos 150 ml. Para facilitar a pesagem, coloque o copo sobre a balança e clique na opção tarar, caso a tenha. Logo após, despeje as 150g de água no calorímetro. Com o motor já acoplando no eixo, fixe-o no suporte e coloque seu eixo dentro do calorímetro (como na foto abaixo). Tampe o calorímetro e coloque o termômetro no furo que se encontra na tampa até o mesmo encostar na água. Aguarde uns 5 minutos. Observe se o eixo encosta nas laterais do calorímetro e caso encoste, ajuste-o até que gire livremente e em contato com a água.

            A fonte de tensão que utilizaremos já dispõe de um amperímetro e um voltímetro acoplados, o que facilitará na montagem do experimento. Caso a fonte utilizada não tenha esses dispositivos acoplados, deve-se liga-los de modo que o voltímetro fique em paralelo com a fonte e o amperímetro fique em série com a mesma. Feito isso, com a fonte previamente ajustada para 5 volts e ainda desligada, deve-se conectar os respectivos terminais da fonte ao motor.
O esquema do circuito (fonte, motor mais medidores) é o que se segue abaixo:

Esquema elétrico da montagem:  fonte regulável ligada ao motor com o amperímetro em série e o voltímetro em paralelo com a mesma. 

METODOLOGIA PARA EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO

Já com todo aparato experimental montado, zere o cronômetro e com todos ajustes citados anteriormente já executados, dispare o cronômetro e ligue a fonte. Observe se o amperímetro está realizando a medida da corrente elétrica e se a tensão corresponde ao valor previamente estabelecido, caso varia um pouco, basta considerá-la na hora dos cálculos. Espere até que a água varie sua temperatura em 0,1 ou mais, o que levará, em média, 135 segundos. Faça as anotações dos valores das grandezas envolvidas, $m$, $c$, $∆T$, $C$ $V$, $i$, $t$. A capacidade térmica do calorímetro foi previamente calculada (com o eixo do motor em seu interior), sendo $C={21,7  calorias}/(°C)$.

QUESTIONÁRIO

1.      Com base no procedimento experimental proposto, qual foi a relação encontrada, utilizando a equação (1), do valor em calorias fornecido à água em relação ao trabalho realizado pelo sistema mecânico?

2.      O valor do equivalente calorifico em joules é o previsto? Ou seja, 1 caloria é igual a 4,18 joules? Se não, comente sobre as fontes que podem ter ocasionado o erro.

3.      O experimento ilustra o conceito de transferência de energia mecânica em energia térmica? Se sim, como?

FONTES DAS IMAGENS:

Figura 1: http://digilander.libero.it/calchic/termod/immagini/joule.jpg; http://images.fineartamerica.com/images-medium-large/count-rumford-benjamin-thompson-science-source.jpg

REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS:

[1] Enciclopedia Prática jackson

WILLIAMS, J.E.; METCALFE, H.C.; TRINKLEIN, F.E.;LEFLER, R.W.;MELO, L.J.S. Física Moderna: curso programado. Editora Renes: Rio de Janeiro. 1ºV,1970, Unidade 3