Resumo em Português:

O anúncio de um computador quântico que pode ser acessado de forma remota por qualquer pessoa a partir de seu laptop é um acontecimento de grande importância para os cientistas da computação quântica. Neste trabalho nós apresentamos o computador quântico da International Business Machines (IBM) e sua plataforma IBM Quantum Experience (IBM-QE) como uma proposta didática em estudos de computação e informação quântica e, não menos importante, como divulgação científica de tal anúncio feito pela equipe da IBM. Apresentamos as principais ferramentas (portas quânticas) disponíveis no IBM-QE e, por meio de uma simples estratégia, discutimos acerca de uma das fontes de decoerência nos chips de 5 q-bits da IBM. Como exemplo de aplicação do nosso estudo, nós mostramos como implementar o teleporte quântico usando o IBM-QE.

Resumo em Inglês:

The announcement of a quantum computer that can be accessed remotely by anyone from its laptop is a big event for the quantum computation scientist. In this work we present the International Business Machines (IBM) quantum computer and its platform IBM Quantum Experience (IBM-QE) as a didactic proposal in quantum computation and information. In addition we also consider this paper as scientific divulgation of the IMB advertisement. In this paper we show the main tool (quantum gates) present in the IBM-QE and, through a simple strategy, we discuss about a possible decoherence source in the IBM 5 q-bit chips. As an example of application of our study, we show how to implement the quantum teleportation using the IBM-QE.

Resumo em Português:

O método das funções de Green possui aplicações em diversos campos da Física, desde equações diferenciais clássicas a problemas quânticos de muitos corpos. No contexto quântico, as funções de Green são funções de correlação, das quais é possível extrair informação sobre o sistema em estudo, tais como densidade de estados, tempos de relaxação e funções respostas. Apesar de seu poder e versatilidade, este método é conhecido por ser trabalhoso e às vezes intrincado. Neste trabalho introduzimos as funções de Green de equilíbrio e a técnica de equação de movimento, exemplificando o método em redes discretas de elétrons não-interagentes. Começamos com modelos simples, como a molécula de dois sítios, as cadeias unidimensionais infinita e semi-infinita, e a rede escada em duas dimensões. Implementações numéricas são desenvolvidas através das funções de Green recursivas, implementadas em Julia, uma linguagem científica de código aberto, eficiente e de fácil aprendizado. Também apresentamos uma nova variante do método de função de Green recursiva de superfície, que pode ser útil para simular simultaneamente as propriedades de superfície e bulk.

Resumo em Inglês:

The Green's function method has applications in several fields in Physics, from classical differential equations to quantum many-body problems. In the quantum context, Green's functions are correlation functions, from which it is possible to extract information from the system under study, such as the density of states, relaxation times and response functions. Despite its power and versatility, it is known as a laborious and sometimes cumbersome method. Here we introduce the equilibrium Green's functions and the equation-of-motion technique, exemplifying the method in discrete lattices of non-interacting electrons. We start with simple models, such as the two-site molecule, the infinite and semi-infinite one-dimensional chains, and the two-dimensional ladder. Numerical implementations are developed via the recursive Green's function, implemented in Julia, an open-source, efficient and easy-to-learn scientific language. We also present a new variation of the surface recursive Green's function method, which can be of interest when simulating simultaneously the properties of surface and bulk.

Resumo em Espanhol:

Si bien se considera que el electromagnetismo nació como una teoría relativista, esto usualmente no se explota en la enseñanza universitaria al realizar la transición a la formulación covariante tetradimensional del electromagnetismo. En este trabajo se presenta una transición basada en consideraciones formales que surgen de las mismas ecuaciones del electromagnetismo. Esto permite fundamentar la transición, introducir notación y mostrar que las ecuaciones toman formas más sencillas y de interpretación más directa.

Resumo em Inglês:

Although it is considered that the electromanetic theory was born as a relativistic theory, this is seldom used in undergrad education when making the transition to the covariant four-dimensional formulation of electromagnetism. In this work we present a transition based on formal considerations arising from the three-dimensional equations of electromagnetism. This allows to motivate the transition, introduce notation and show that the equations take a more simple form and a more direct interpretation.

Resumo em Português:

Um desenvolvimento didático para determinar a solução da equação de movimento para uma partícula carregada imersa em uma região na presença de campos elétrico e magnéticos estáticos e homogêneos genéricos é proposto. Nossa proposta tem como alicerce a vantagem de, utilizando as propriedades da transformada de Laplace, podermos mapear um sistema de equações diferenciais não-homogêneas no problema simples de encontrar as soluções de um sistema linear de equações de primeiro grau. A partir da solução mais geral possível para o sistema, estudamos alguns casos particulares e recuperamos de forma simples alguns resultados já existentes na literatura. A fim de motivar nosso estudo, partimos do Teorema de Ehrenfest e discutimos como os resultados obtidos para o caso clássico podem ser interpretados na sua versão quântica.

Resumo em Inglês:

A didactic development to determinate the solution of the motion equations for a charged particle under influence of electric and magnetic static and homogeneous fields is proposed. Our proposed uses the advantages and proprieties of the Laplace's transformation, to map a system of N non-homogeneous differential equations of second order in a system composed by N linear equations. From the solution more general for dynamics of the system, we study some particular cases to recover, of a simple way, the results present in the literature. In order to give a motivation to our study, we use the Ehrenfest's theorem and we discuss as the classical results can be interpreted in its quantum version.

Resumo em Português:

Tipicamente, pequenas oscilações em torno de um ponto de equilíbrio estável são movimentos harmônicos simples com frequência determinada pelo valor da segunda derivada da energia potencial no ponto de equilíbrio. Há casos anômalos, no entanto, em que a segunda derivada é nula e o termo de quarta ordem domina a expansão da energia potencial nas vizinhanças do mínimo. Neste caso, as pequenas oscilações são descritas pelo oscilador quártico. Por meio de um exemplo simples, em que ocorre a referida anomalia, discutimos o oscilador quártico e mostramos como sua equação de movimento pode ser resolvida em termos de funções elípticas de Jacobi. O exemplo oferece a oportunidade de familiarizar estudantes de graduação com essas funções importantes que não constam no currículo padrão dos cursos de física.

Resumo em Inglês:

Typically, small oscillations about a stable equilibrium point are simple harmonic motions with frequency determined by the second derivative of the potential energy evaluated at the equilibrium point. There are anomalous cases, however, in which the second derivative vanishes and the fourth order term dominates the expansion of the potential energy in the neighborhood of the minimum. In this case, the small oscillations are described by the quartic oscillator. By means of a simple example, in which the said anomaly occurs, the quartic oscillator is discussed and it is shown how its equation of motion can be solved in terms of Jacobi elliptic functions. The example affords the opportunity to familiarize undergraduate students with these important functions that do not appear in the standard physics curriculum.

Resumo em Português:

Toda a evolução do conhecimento cientifico sobre os Raios-Cósmicos ocorrida no século XX nos levou a seguinte constatação: raios cósmicos constituem um fluxo variável no tempo e no espaço de partículas atômicas e sub- atômicas energéticas totalmente ionizadas (com energias e abundâncias características) que permeia continuamente o sistema solar produzindo ionização e reações nucleares na atmosfera terrestre. Por serem eletricamente carregadas, o espectro de energia dessas partículas varia quando o fluxo atravessa irregularidades magnéticas e/ou turbulências. Medidas (diretas ou indiretas) deste fluxo feitas na superfície da Terra permitem o estudo dos processos físicos que ocorreram durante a jornada dos raios-cósmicos desde sua origem até o momento de sua medida, incluindo aqueles envolvidos em seu processo inicial de aceleração e em seu processo de transporte pela Heliosfera, magnetosfera e atmosfera terrestre. Desta forma, podemos considerar uma partícula de raio-cósmico como um mensageiro celeste. Por isso, muitos trabalhos têm usado as pegadas deixadas pelos raios-cósmicos na superfície da Terra (através de medidas de superfície dos traçadores cosmogênicos) como ferramenta para estudos da Física Espacial, Solar e Atmosférica. Este artigo discute como o conhecimento cientifico sobre os Raios-Cósmicos evoluiu e apresenta uma breve revisão sobre os conceitos físicos que envolvem esses mensageiros celestes.

Resumo em Inglês:

All the evolution of the scientific knowledge about Cosmic Rays (CRs) in the 20th century leads to the following statement: Cosmic Rays constitutes a time and spatial variable flux of fully ionized energetic atoms and sub-atomic particles with specific abundances and energies that continuously permeates the solar system, reaching the Earth and producing ionization and nuclear reactions in our atmosphere. Since the primary CR flux is composed of charged particles, it is expected that any magnetic irregularity and/or turbulence affects their large scale transport and consequently its energy spectrum. Moreover, since the interaction of the CR particles with the terrestrial atmosphere produces not only atmospheric ionization, but also nuclear reactions (creating a cascade of secondary particles), it is easy to understand that near ground CR measurements (direct or indirect) may allow us to study the physical processes involved in the journey of CR particles (including the birth conditions of the lower energetic ones and the propagation of the higher energetic ones through the heliosphere) before reaching the terrestrial environment, and also along the transport of the secondary particles into the Earth's atmosphere. In this sense, considering a cosmic ray particle as a ”celestial messenger” is reasonable. Therefore, several works have been using the CR footprints found in the terrestrial surface (through the ground-based measurement of cosmogenic tracers) as a tool for solar and atmospheric studies. It is present here a discussion concerning the time evolution of the CR scientific knowledge and a brief review of the physical concepts of those celestial messengers.

Resumo em Português:

Neste trabalho revisamos alguns dos sistemas não-lineares mais paradigmáticos e desvendamos algumas das suas surpreendentes interligações. Os problemas de interesse, descrito matematicamente pelas equações de sine-Gordon, Toda e KdV, generalizam modelos físicos conhecidos, como o pêndulo simples, o sistema massa-mola e as ondas lineares em água, respectivamente. Depois de discutirmos as peculiaridades decorrentes da presença de não-linearidades nos modelos, esclarecemos como os sistemas apresentados são relacionados uns aos outros, indicando a existência de uma família de equações que compartilham propriedades como a integrabilidade. Nós mostramos como a equação de KdV pode ser convenientemente discretizada a fim de preservar tais características importantes. Além de apresentarmos as ligações estreitas que esta equação tem com a cadeia de Toda e com a equação sine-Gordon, nós também investigamos outros procedimentos capazes de gerar um sistema integrável discreto a partir do modelo KdV com a discretização de Hirota.

Resumo em Inglês:

In this report we review some of the most paradigmatic nonlinear systems and unveil some of their suprising interconnections. The problems of interest, described mathematically by the equations of sine-Gordon, Toda and KdV, generalize well known physical models, the simple pendulum, the mass on a spring and the linear waves, respectively. After discussing the differences arising from the presence of nonlinearities in the models, we clarify how the systems presented are related to each other, indicating existence of a family of equations sharing integrability properties. We show how the KdV equation can be conveniently discretized in order to preserve important properties. Besides presenting the close connections this equation has with respect to the Toda lattice and the sine-Gordon equation, we also investigate other procedures capable of generating a discrete integrable system from the KdV model, as the Hirota discretization.

Resumo em Português:

Propomos, como parte do estudo introdutório de Mecânica Quântica na graduação, o uso do método de Chhajlany e Malnev (MCM) para obtenção de soluções aproximadas semi-analíticas da equação de Schrödinger unidimensional (autovalores e autofunções de energia), como uma alternativa a métodos perturbativos (que trazem questões de convergência de séries infinitas), a métodos como o WKB (de caráter semi-clássico, e não totalmente quântico), e a métodos como o de diferenças finitas (puramente numéricos), no estudo de potenciais polinomiais de potências pares. Potenciais polinomiais surgem, por exemplo, como potenciais efetivos no estudo de oscilações em torno de mínimos locais de um dado potencial. Neste trabalho, desenvolvemos em detalhe o MCM para o osciladores quânticos harmônico e anarmônico quártico, utilizando um código Fortran que implementa o método, nestes casos. Pré-requisitos para a compreensão do MCM são a familiaridade com a Equação de Schrödinger, bem como ferramentas básicas do cálculo íntegro-diferencial e álgebra linear.

Resumo em Inglês:

We propose, as part of the introductory study of Quantum Mechanics at undergraduate level, to employ the Chhajlany and Malnev method (MCM) for obtaining approximate semi-analytical solutions of the unidimensional Schrödinger equation (energy eigenvalues and eigenfunctions), as an alternative to perturbative methods (which bring issues of convergence of infinite series), to methods like WKB (of semi-classical character, and not completely quantum), and to methods such as the finite difference method (purely numerical), for the study of polynomial potentials with even powers. Polynomial potentials appear, for instance, as effective potentials in the study of oscillations about local minima of a given potential. In the present work, we develop in detail the MCM for the harmonic and quartic anharmonic quantum oscillators, using a Fortran code that implements that method, for those cases. Pre-requisites for understanding the MCM are the familiarity with Schrödinger equation, as well as with basic tools of integral-differential calculus and linear algebra.

Resumo em Português:

Este artigo foi escrito para estudantes de matemática, física e engenharia. Em geral, a palavra caos pode se referir a qualquer estado de confusão ou a desordem, mas também se referir a mitologia ou filosofia. Em ciência e matemática é entendido como um comportamento irregular sensível às condições iniciais. Neste artigo vamos analisar a teoria do caos determinístico, um ramo da matemática e da física que lida com sistemas dinâmicos (equações diferenciais não-lineares ou mapeamentos), com propriedades muito peculiares. Conceitos fundamentais da teoria do caos determinístico são brevemente analisados e alguns exemplos ilustrativos de movimentos caóticos conservativos e dissipativos são introduzidos. Complementarmente, estudamos em detalhes o movimento caótico de alguns sistemas dinâmicos descritos por equações diferenciais e mapeamentos. As relações entre fenõmenos caóticos, estocásticos e turbulentos também são comentados.

Resumo em Inglês:

This article was written to students of mathematics, physics and engineering. In general, the word chaos may refer to any state of confusion or disorder and it may also refer to mythology or philosophy. In science and mathematics it is understood as irregular behavior sensitive to initial conditions. In this article we analyze the deterministic chaos theory, a branch of mathematics and physics that deals with dynamical systems (nonlinear differential equations or mappings) with very peculiar properties. Fundamental concepts of the deterministic chaos theory are briefly analyzed and some illustrative examples of conservative and dissipative chaotic motions are introduced. Complementarily, we studied in details the chaotic motion of some dynamical systems described by differential equations and mappings. Relations between chaotic, stochastic and turbulent phenomena are also commented.

Resumo em Português:

O Método Doppler, também denominado método das velocidades radiais, é uma técnica utilizada na detecção de exoplanetas. Cerca de 70% dos planetas extra-solares conhecidos foram determinados utilizando esta técnica. O Método Doppler consiste em determinar os deslocamentos espectrais da estrela hospedeira, os quais possibilitam a mensuração da variação da velocidade radial com que a estrela hospedeira se aproxima ou se afasta da Terra. Este movimento da estrela hospedeira em torno do centro de massa ocorre devido à presença do exoplaneta. Neste trabalho, apresentamos uma revisão pedagógica sobre o Método Doppler aplicado à detecção de exoplanetas. A discussão permeia desde elementos teóricos fundamentais para a compreensão da técnica de detecção extrapola até o estudo de sua aplicação.

Resumo em Inglês:

Doppler method, also called radial velocities method, is a technique used in detecting of exoplanets. About 70% of known exoplanets were discovered using this technique. The Doppler method consist in determine spectral shifts of host star of exoplanet, which enable measurement of the variation of radial velocity of host star towards of Earth or away from Earth. This movement of host star around center of mass occurs due to the existence of exoplanet. In this work we present a pedagogical review of the Doppler method applied to detection of exoplanets. In this sense, we analyze theoretical elements of this technique and their application.

Resumo em Português:

Neste trabalho, alguns modelos fenomenológicos de crescimento populacional são deduzidos de uma forma intuitiva. Estes modelos, por exemplo os modelos de Verhulst, Gompertz e Bertalanffy-Richards, são introduzidos de maneira que todos os parâmetros envolvidos tenham uma interpretação física. Um modelo baseado na interação (dependente da distância) entre os indivíduos (nível microscópico) também é apresentado. É mostrado que alguns modelos fenomenológicos são casos particulares deste modelo microscópico, de acordo com: i) a forma com que a interação competitiva entre indivíduos decai com a distância que os separam; e ii) a dimensão euclidiana da estrutura espacial formada pelos indivíduos da população. Nestas circunstâncias, o modelo de Verhulst, por exemplo, decorre quando todos os indivíduos interagem de forma independente da distância que os separam: uma situação tipo campo-médio. Este modelo microscópico permite compreender o crescimento populacional por primeiros princípios, uma vez que mostra que alguns modelos fenomenológicos são explicados a partir de interações no nível do indivíduo. Dessa forma, o modelo microscópico discutido aqui abre caminho para encontrar padrões universais que sejam comuns a todos os tipos de crescimento.

Resumo em Inglês:

In this work, some phenomenological growth models based only on the population information (macroscopic level) are deduced in an intuitive way. These models, for instance Verhulst, Gompertz and Bertalanffy-Richards models, are introduced in such a way that all the parameters involved have a physical interpretation. A model based on the interaction (distance dependent) between the individuals (microscopic level) is also presented. This microscopic model have some phenomenological models as particular cases. In this approach, the Verhulst model represents the situation in which all the individuals interact in the same way, regardless of the distance between them (mean field approach). Other phenomenological models are retrieved from the microscopic model according to two quantities: i) the way that the interaction decays as a function the distance between two individuals and ii) the dimension of the spatial structure formed by the individuals of the population. This microscopic model allows understanding population growth by first principles, because it predicts that some phenomenological models can be seen as a consequence of interaction at individual level. The microscopic model discussed here paves the way to finding universal patterns that are common to all types of growth, even in systems of very different nature.

Resumo em Português:

Apresentamos neste trabalho uma proposta de construção de um laboratório de Física utilizando materiais recicláveis e de baixo custo que proporcione aos professores e alunos da rede pública de ensino médio a oportunidade de ter contato com experimentos de Física, sem que sejam necessários grandes investimentos financeiros na aquisição de equipamentos e de materiais de laboratório. Com o uso de materiais de baixo custo são propostos diversos experimentos referentes aos fenômenos físicos nas áreas da mecânica, óptica, eletricidade, magnetismo, hidrostática, termologia e física moderna que permitem de forma direta e intuitiva a verificação dos conteúdos apresentados nas aulas teóricas, assim como, o desenvolvimento de habilidades experimentais por parte dos estudantes. Além disso, espera-se que a introdução de experimentos demonstrativos também contribua como elemento fomentador da construção de um pensamento científico e o desenvolvimento da intuição física no ambiente escolar.

Resumo em Inglês:

We present a proposal to build a physics laboratory using recyclable materials and low-cost to provide teachers and students of the public high school the opportunity to have contact with physics experiments, without the need for large investments in the acquisition equipment and laboratory materials. With the use of low cost materials are proposed several experiments relating to physical phenomena in the fields of mechanics, optics, electricity, magnetism, hydrostatic, thermology and modern physics that allow direct and intuitive verification of the content presented in the lectures, as well as the development of experimental skills on the part of students. Moreover, it is expected that the introduction of demonstrative experiments also contribute as developer component in the construction of a scientific thinking and the development of physical intuition in the school environment.

Resumo em Português:

No âmbito de um amplo estudo sobre o ensino experimental da Física foram investigadas algumas causas dos problemas dos alunos portugueses nesta área. Para ajudar a solucionar estes problemas, procurámos intervir e desenvolver um conjunto de kits experimentais com vários graus de complexidade, que foram aplicados a duas amostras de estudantes (alunos da pré-seleção olímpica e alunos de escolas secundárias em Portugal). Neste artigo é apresentada uma das experiências simples destes kits "Estudo das características de um gerador (pilha voltaica) e de um recetor (voltâmetro)" que foi testada em ambiente de sala de aula, em algumas escolas. O voltâmetro é construído pelos alunos recorrendo a materiais de baixo custo e fácil acesso. Apresentamos algumas sugestões metodológicas disponibilizadas aos professores e os resultados das experiências nos grupos experimental e de controlo.

Resumo em Inglês:

As part of a comprehensive study on the experimental teaching of physics, some causes for the problems faced by Portuguese students in this area were investigated. In order to contribute to the solution of these problems, we developed a set of experimental kits with varying degrees of complexity, which were applied to two samples of students (students of the Physics Olympiads pre-selection cohort and other high school students in Portugal). This article presents one of these kits "Study of the characteristics of a generator (voltaic cell) and a receiver (voltameter)" which was tested in the classroom environment in some schools. The voltameter (electrolytic cell) is built by students using widely available, low cost materials. Some methodological suggestions made available to the teachers and the results obtained with the two sets of students are also presented.

Resumo em Português:

Grande parte dos alunos de ensino médio enfrentam sérias dificuldades em Física, o que pode ser observado pelos elevados índices de repetência associados a essa disciplina. Frente a isso, esse trabalho tem como objetivo uma investigação estatística sobre o aproveitamento de discentes da rede pública em Física, se comparado ao desempenho em outros conteúdos curriculares. Para tanto, foram feitos cálculos de correlação entre as notas dos alunos em Física e nas demais disciplinas de interesse. Além disso, foi elaborado um Modelo Multinível com dois níveis hierárquicos: o aluno e a sala de aula. Nesse modelo foi avaliada a influência simultânea das disciplinas sobre o desempenho em Física. Os dados foram obtidos junto a duas escolas estaduais das cidades mineiras de Ouro Preto e Campo Belo. Com isso, tentou-se identificar se o rendimento em Matemática e em disciplinas do eixo das Ciências da Natureza, representando o raciocínio lógico e dedutivo, bem como o rendimento em Português e disciplinas do eixo das Ciências Humanas, representando a capacidade de leitura e interpretação, apresenta alguma relação com o desempenho em Física. Os resultados mostram que os maiores valores de correlação são encontrados entre as notas de Matemática e Física e entre a média das notas de Química e Biologia e as notas em Física. Além disso, ao se considerar simultaneamente as proficiências em Matemática e em Química/Biologia, novamente foi encontrado um impacto positivo em Física. Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) apontam para uma integração de saberes a partir de eixos temáticos, entre eles as Ciências da Natureza que é composto por Física, Química e Biologia. Dessa forma, os resultados entre Física e as demais disciplinas deste eixo apontam para uma interdisciplinaridade, em consonância com os PCN.

Resumo em Inglês:

Most of the high school students face serious difficulties in Physics, which can be observed by its high failure rates. In this way, this paper aims to a statistical investigation about students' performances in Physics and in other disciplines. For this purpose, it was evaluated the correlations between student grades in Physics and in other curricula. In addition, it was developed a multilevel model with two hierarchical levels: the student and the classroom. In this model it was evaluated simultaneously the influence of some disciplines on the performance in Physics. Data used were obtained in two public schools from the cities of Ouro Preto and Campo Belo. It was tried to identify whether the performance in Mathematics and Natural Science, representing the logical and deductive reasoning, as well as the performance in Portuguese and Human Sciences, representing the ability of read and interpret, has some connection to the performance in Physics. The results have shown that the highest correlation values are found between the grades in Mathematics and Physics and between the average grades in Chemistry and Biology and the grades in Physics. Beyond that, when considering simultaneously the grades, it was found again that the proficiencies in Mathematics and Chemistry/Biology have a positive impact in Physics. The National Curriculum Parameters (PCN) aim to an integration of knowledge in theme, in which the Natural Sciences theme includs Physics, Chemistry and Biology. Thus, the results between Physics and the other disciplines in this theme point to interdisciplinary work and aligned with the PCN.

Resumo em Português:

O estudo da eletricidade nos cursos de graduação em Física pode ser mais motivador e eficiente se agregar novos desafios, como o uso de circuitos eletrônicos. Neste trabalho, exploramos os recursos eletrônicos do Arduino, de sensores de corrente elétrica baseados em indução eletromagnética, de resistores, de capacitores e de programas de computador. Apresentamos os resultados obtidos e os métodos para visualizar a forma de onda da corrente elétrica de alguns eletrodomésticos e o espectro de frequência destas formas de onda.

Resumo em Inglês:

The study of electricity in undergraduate programs in physics can be more motivating and efficient if to add new challenges such as the use of electronic circuits. In this paper, we explore the electronic resources of Arduino, electric current sensors based on electromagnetic induction, resistors, capacitors and computer software. We present the results and the methods to display the waveform of the electric current of some home appliances and the spectrum of frequency of these waveforms.

Resumo em Português:

Lasers definitivamente revolucionaram a ciência e sociedade em que vivemos e, portanto, merecem espaço nas salas de aulas de física. Este artigo apresenta uma breve discussão histórica e conceitual sobre a invenção do maser e do laser que pode ser utilizada no ensino médio e permite discutir tanto o princípio de funcionamento e as principais características de lasers, como monocromaticidade e coerência, quanto aspectos da relação entre ciência e sociedade no século XX, em especial sobre a influência das duas grandes guerras mundiais e da Guerra Fria na física. Além disso, são elencados os principais fatores que levaram à invenção do maser nos Estados Unidos e na União Soviética, quase que simultaneamente, e que estimularam o desenvolvimento de lasers nas principais potências da Guerra Fria e também no Brasil na década de 1960. Tanto a importância de ensinar física moderna no ensino médio quanto a importância da história das ciências como forma de discutir questões relativas à natureza das ciências e à relação das ciências com política e sociedade tem há muito sido enfatizada por pesquisadores em ensino de ciências, ênfase que foi incorporada à proposta da Base Nacional Curricular Comum que vem sendo elaborada pelo Ministério da Educação.

Resumo em Inglês:

Lasers definitely transformed science and the society in which we live. Thus, they no doubt deserve space in physics classrooms. This article presents a brief historical and conceptual discussion on the invention of masers and lasers that may be used in physics classrooms of secondary schools and allows to discuss the working principle of masers and lasers, key concepts such as coherence and monochromaticity, as well as aspects of the dynamics between science, technology and society in the 20th century, in especial the impact of the two major World Wars and the Cold War on Physics. It also presents some of the main factor that led to the invention of masers in the United States and the Soviet Union, almost simultaneously, and that fostered the development of lasers in the major powers of the Cold War and Brazil in the 1960s.

Resumo em Português:

Este trabalho aborda conceitos associados à interação da radiação eletromagnética com a matéria, através de uma aplicação experimental de baixo custo, capaz de gerar imagens digitais comumente utilizadas em áreas de medicina nuclear, radiodiagnósticos, ciências ambientais, indústria, etc. Além de aproximar ao funcionamento básico de tecnologias inovadoras, esta prática também tem por objetivo permitir ao aluno compreender as leis físicas associadas, que normalmente são apresentadas nas disciplinas teóricas, mas que o aluno geralmente tem dificuldade de compreensão. O kit é baseado na detecção da radiação gama, abordando fenômenos associados a interação de fótons com a matéria, leis do inverso do quadrado da distância e de atenuação de um feixe de fótons, ângulo sólido e resolução de imagens.

Resumo em Inglês:

This work addresses concepts associated with the interaction of electromagnetic radiation with matter, through a low cost experimental application able to generate digital images commonly used in nuclear medicine, radiodiagnostics, environmental science, industry, etc. Besides approaching the basic concepts of innovative technologies, this practice also aims to enable students to understand the physical laws associated, which are usually presented in theoretical subjects, but students often have difficulty understanding. The kit is based on the gamma detection, addressing phenomena associated with the interaction of photons with matter, laws of the inverse square and attenuation of photons, solid angle and imaging resolution.

Resumo em Espanhol:

La documentación especializada pensada desde bases pedagógicas para la formación científica y tecnológica de profesores e investigadores que comienzan con el análisis de datos experimentales de física de altas energías (HEP) es escasa. La falta de este material hace que el aprendizaje del joven científico se prolongue en el tiempo, aumentando los costos de la investigación experimental. En este artículo se presenta la técnica de Monte Carlo aplicada a simular la energía mínima para producir partículas en el estado final de un proceso dos a dos (A + B → C + D), como entorno pedagógico para afrontar computacionalmente y conceptualmente el análisis de datos de un experimento real. El proceso formativo de aprendizaje activo/interactivo presentado aquí, espera ser un recurso educativo que ayude a reducir la curva de aprendizaje de jovenes científicos y ahorrar tiempo y costos en la investigación científica de HEP.

Resumo em Inglês:

Specialized documentation envisioned from a pedagogical bases to train scientifically and technologically teachers and researchers, who initiate themselves in the analysis of high energy physics (HEP) experiments, is scarce. The lack of this material makes that young scientists' learning process be prolonged in time, raising costs in experimental research. In this paper we present the Monte Carlo technique applied to simulate the threshold energy for producing final-state particles of a specific two-body process (A + B → C + D), as pedagogical environment to face both computationally and conceptually an experimental analysis. The active/interactive learning-teaching formative process presented here is expected to be an educational resource for reducing young scientists' learning curve and saving time and costs in HEP scientific research.

Resumo em Português:

Estudos de fenômenos relacionados ao clima geralmente são ótimas oportunidades para se contextualizar o ensino de Física, principalmente a Física Térmica. Duas atividades são propostas: i) construção de pequenas estações meteorológicas, baseadas na placa Arduíno, produzidas com PVC (policloreto de vinila) e que poderão ser facilmente reproduzidas a um custo baixo e ii) Obtenção de dados meteorológicos através do sítio do Alerta Rio. As atividades propostas têm como objetivo permitir, através de conhecimentos de Física, que os estudantes compreendam o fenômeno ilha de calor urbana e se conscientizem de suas graves implicações para o bem estar das populações urbanas e do meio ambiente.

Resumo em Inglês:

Studies of phenomena related to climate are often great opportunities to contextualize the teaching of physics, especially the Thermal Physics. Two activities are proposed: i) Construction of small weather stations, based on the Arduino board, produced with PVC (polyvinyl chloride), which can be easily reproduced at a low cost and ii) Obtainment of meteorological data via the Alerta Rio website. The activities proposed are designed to enable, through knowledge of physics, that students understand the phenomenon of urban heat island and are aware of its serious implications for the welfare of urban populations and the environment.

Resumo em Português:

A densidade do solo (Ds) representa uma importante propriedade física desse meio poroso sendo muitas vezes utilizada como índice de qualidade do solo. Existem diferentes métodos de medida de Ds: anel volumétrico (MAV), torrão parafinado (MTP) e atenuação de raios gama. Em aulas de Física Experimental, no módulo Hidrostática e Hidrodinâmica, geralmente são efetuadas medidas de densidade de materiais sólidos, cujos valores de densidade são conhecidos. Devido às dificuldades em se trabalhar com amostras de solo em laboratórios de Física Experimental, na maior parte das vezes os estudantes acabam efetuando medidas de Ds somente em cursos mais específicos de sua graduação. Um aparato geralmente utilizado em medidas de densidade em laboratórios de Física Experimental é a balança de Jolly (MBJ). Nesse trabalho tal aparato foi empregado em medidas de densidade de agregados (DAgg) de solo. Amostras de agregados parafinados com diferentes volumes foram utilizadas no estudo. Os resultados obtidos mostraram concordância nos valores de DAgg utilizando os métodos do MAV e MBJ. Desta forma, a ideia desse trabalho é mostrar a viabilidade do uso da balança de Jolly em medidas de DAgg e sua aplicabilidade para estudar importantes conceitos referentes à estrutura do solo em aulas de Física Experimental.

Resumo em Inglês:

The soil bulk density (Ds) represents an important physical property of this porous media, which several times is used as soil quality index. There are different methods of Ds evaluation: volumetric ring (MVR), paraffin sealed (MPS) and gamma-ray attenuation. In experimental Physics classes, in the Hydrostatic and Hydrodynamics subjects, measurements of particle densities of solid materials, for which the density values are known, are usually carried out. Due to the difficulties to perform analyses of soil in Experimental Physics laboratories, most of the time undergraduate students make measurements of Ds only in specific courses throughout their graduation. A piece of equipment usually employed in measurements of density in Experimental Physics laboratories is the Jolly balance (MJB). In this study the Jolly balance was used in soil aggregate density (DAgg) measurements. Paraffin aggregate samples with different volumes were employed. The results obtained showed good agreement of DAgg values by using the MVR and MJB. Thus, the idea of this study is to demonstrate the feasibility of the use of the Jolly balance in DAgg measurements and its applicability to study important concepts related to the soil structure in Experimental Physics classes.

Resumo em Português:

Este artigo expõe o desenvolvimento sobre o conhecimento medieval a respeito do magnetismo, dando especial ênfase aos estudos de Petrus Peregrinus (Pierre de Maricourt). Este autor muito importante, mas pouco conhecido, escreveu a obra mais antiga que conhecemos (1269) onde aparecem os conceitos de polos magnéticos e as leis qualitativas de atração e repulsão entre eles. A parte final deste artigo contém uma tradução completa, feita a partir do texto latino, da "Epistola de magnete" desse autor, através da qual é possível perceber que Petrus Peregrinus realizou um estudo experimental sobre o magnetismo. O estudo de sua contribuição pode ajudar a superar alguns equívocos e preconceitos existentes sobre a ciência medieval.

Resumo em Inglês:

This paper presents the development of the medieval knowledge about magnetism, giving special attention to the studies of Petrus Peregrinus (Pierre de Maricourt). This very important but little known author wrote the oldest work known (1269) where the concept of magnetic poles and the qualitative laws of attraction and repulsion between them are described. The final part of this article contains a complete translation from Latin to Portuguese of the "Epistola de magnete" written by this author. By reading it one can realize that Petrus Peregrinus made an experimental investigation of magnetism. The study of his contribution may help to overcome some mistakes and the prejudices concerning medieval science.

Resumo em Português:

Em artigo recente publicado nessa revista apresenta-se um método para determinar a situação de ressonância em uma coluna de ar, para o cálculo da velocidade do som, usando a técnica de obtenção de fase por curvas de Lissajous. Contudo, alguns aspectos teóricos necessários para o melhor entendimento da técnica, bem como algumas limitações de seu uso podem ser mais bem explorados. Essa nota foi escrita com o objetivo de aperfeiçoar esses aspectos, o que deve ser útil para futuros leitores do artigo.

Resumo em Inglês:

In a recent article in this journal there is a description of a method to determine the resonance of an air column, to calculate the speed of sound, using Lissajous curves. However, some theoretical aspects to improve the understanding of this technique, as well as some limitations of its use can be better exploited. This note was written with the aim of improving those aspects which should be useful for future readers of the paper.