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Acústica como interseccionalidade entre a Física e a Música: proposta de sequência de ensino de Física Acústica a partir de elementos musicais à luz dos "três momentos pedagógicos"
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2025-01-28) Paula, Wenderson Venceslau Barroso de; Lima, Alexsandro Pereira; Ferreira, Pedro da Cunha; http://lattes.cnpq.br/3272676366064169; http://lattes.cnpq.br/2452557056611320; http://lattes.cnpq.br/4394643569111516; Lisboa, Ronai Machado; Souza, Thatyara Freire de
Como uma forma de expressão artística tão difundida e envolvente, a música tem o potencial de estimular emoções, memórias, reflexões e criar conexões. No contexto do ensino de Física no nível médio, a música e os seus elementos podem atuar como uma ferramenta didática eficaz nos processos de ensino e aprendizagem, capaz de proporcionar aos estudantes uma experiência de aprendizagem dinâmica e prazerosa, podendo exercer, portanto, uma ação facilitadora na compreensão de conceitos científicos complexos, corriqueiramente tradados como muito abstratos ou intangíveis pelos alunos. Neste trabalho, apresentamos uma proposta de sequência didática para o ensino de conceitos básicos de Física Acústica para turmas de segunda série do Ensino Médio, utilizando, como subsídio teórico-metodológico os "Três Momentos Pedagógicos" (3MP). Nesta sequência, a música não é utilizada como mero preenchimento de espaço motivacional, mas é, sobretudo, considerada como uma interface que, assim como a Física, tem a Acústica como campo interseccional. Delineamos, neste trabalho, uma sequência de ensino de Física Acústica que contempla, ao todo, nove aulas, cujo objetivo principal é fazer com que os alunos compreendam, por intermédio de uma sequência didática elaborada a partir de uma série de problematizações geradoras e aplicações, os conceitos relativos à Física Acústica por meio da música, utilizando, como exemplificações didáticas, alguns aparatos relacionados, como microfone, diapasão, violão e tubos sonoros (construídos com canos de PVC). Verificamos, no decorrer da nossa pesquisa, que os objetivos propostos foram todos atingidos com a metodologia adotada e que os estudantes se sentiram envolvidos e motivados ao longo do processo.
Aplicação de tecnologias digitais no ensino de física
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2025-02-03) Alves, Cláudio Miranda; Santana Júnior, Orivaldo Vieira de; Lisboa, Ronai Machado; http://lattes.cnpq.br/2221005703477932; https://orcid.org/0000-0003-4918-3162; http://lattes.cnpq.br/5050555219716698; http://lattes.cnpq.br/3602972728532374; Sesion Júnior, Paulo Dantas; Alves, Tiberio Magno de Lima
As tecnologias e mídias digitais conectam os seres humanos e constituem uma nova forma de pensar-interagir-criar-inovar-com-tecnologias, conforme entende o autor Borba (2023). Esta forma integrada de pensamento composta pelo homem e suas tecnologias digitais expande as capacidades do pensamento de cada indivíduo, bem como sua interação no coletivo social para solucionar problemas, criar e inovar com as tecnologias. O ambiente de ensino (escola) e os profissionais da educação, neste contexto, devem assumir a sua função de preparar e ensinar os seus alunos para que se apropriem das tecnologias digitais como um processo de aprendizagem. No tocante ao ensino de Física, este trabalho propõe uma abordagem sob a perspectiva do construcionismo de Seymour Aubrey Papert para direcionar o entendimento acerca do uso de tecnologias digitais no ensino de Física. De forma qualitativa, este estudo utiliza-se da plataforma digital de ensino Physics Education Technology (PhET) como ferramenta pedagógica para tratar sobre o tema da Física experimental: Espalhamento de Rutherford. O estudo com esta ferramenta digital objetiva compreender, sob o ponto de vista construcionista, quais são as dificuldades pedagógicas envolvendo o uso de tecnologias digitais no ensino de Física. Por fim, este trabalho utiliza-se dos conhecimentos adquiridos neste estudo para criar um produto educacional que consiste em uma sequência didática intitulada por Espalhamento de Rutherford: experimento simulado - PhET.
Dirac-Hartree-Bogoliubov calculation for spherical and deformed hot nuclei: Temperature dependence of the pairing energy and gaps, nuclear deformation, nuclear radii, excitation energy, and entropy
(American Physical Society, 2016-02-25) Lisboa, Ronai Machado; Malheiro, M.; Carlson, B. V.
Background: Unbound single-particle states become important in determining the properties of a hot nucleus as its temperature increases. We present relativistic mean field (RMF) for hot nuclei considering not only the self-consistent temperature and density dependence of the self-consistent relativistic mean fields but also the vapor phase that takes into account the unbound nucleon states. Purpose: The temperature dependence of the pairing gaps, nuclear deformation, radii, binding energies, entropy, and caloric curves of spherical and deformed nuclei are obtained in self-consistent RMF calculations up to the limit of existence of the nucleus. Method: We perform Dirac-Hartree-Bogoliubov (DHB) calculations for hot nuclei using a zero-range approximation to the relativistic pairing interaction to calculate proton-proton and neutron-neutron pairing energies and gaps. A vapor subtraction procedure is used to account for unbound states and to remove long range Coulomb repulsion between the hot nucleus and the gas as well as the contribution of the external nucleon gas. Results: We show that p-p and n-n pairing gaps in the 1 S0 channel vanish for low critical temperatures in the range Tcp ≈ 0.6–1.1 MeV for spherical nuclei such as 90Zr, 124Sn, and 140Ce and for both deformed nuclei 150Sm and 168Er. We found that superconducting phase transition occurs at Tcp = 1.03pp(0) for 90Zr, Tcp = 1.16pp(0) for 140Ce, Tcp = 0.92pp(0) for 150Sm, and Tcp = 0.97pp(0) for 168Er. The superfluidity phase transition occurs at Tcp = 0.72nn(0) for 124Sn, Tcp = 1.22nn(0) for 150Sm, and Tcp = 1.13nn(0) for 168Er. Thus, the nuclear superfluidity phase—at least for this channel—can only survive at very low nuclear temperatures and this phase transition (when the neutron gap vanishes) always occurs before the superconducting one, where the proton gap is zero. For deformed nuclei the nuclear deformation disappear at temperatures of about Tcs = 2.0–4.0 MeV, well above the critical temperatures for pairing, Tcp . If we associate the melting of hot nuclei into the surrounding vapor with the liquid-gas phase transition our results indicate that it occurs at temperatures around T = 8.0–10.0 MeV, somewhat higher than observed in many experimental results. Conclusions: The change of the pairing fields with the temperature is important and must be taken into account in order to define the superfluidity and superconducting phase transitions. We obtain a Hamiltonian form of the pairing field calibrated by an overall constant cpair to compensate for deficiencies of the interaction parameters and of the numerical calculation. When the pairing is not zero, the states close to the Fermi energy make the principal contribution to the anomalous density that appears in the pairing field. By including temperature through the use of the Matsubara formalism, the normal and anomalous densities are multiplied by a Fermi occupation factor. This leads to a reduction in the anomalous density and in the pairing as the temperature increases. When the temperature increases (T 4 MeV), the effects of the vapor phase that take into account the unbound nucleon states become important, allowing the study of nuclear properties of finite nuclei from zero to high temperatures
Ensino de termodinâmica através da construção de instrumentos de medição de variáveis meteorológicas e da confecção de mini estação meteorológica portátil com Arduino
(2018-06-29) Vidal, Rafaella Sayonara Marques Ferreira; Medeiros, Deusdedit Monteiro; ; ; Lisboa, Ronai Machado; ; Medeiros, Subenia Karine de;
Não é fácil ensinar os princípios da Termodinâmica para os alunos do Ensino Médio, dada a dificuldade de relacionar o quotidiano do aprendiz com o conhecimento acadêmico de forma significativa. Portanto, essa dissertação tem como objetivo propor um manual didático para a confecção de uma miniestação meteorológica portátil, para diminuir as dificuldades no ensino da Termodinâmica. Na construção desse experimento, será possível o estudo das variáveis de estado termodinâmicas utilizando o Arduino como plataforma de monitoramento. Inicialmente será apresentada uma breve explanação do ensino da Termodinâmica, assim como as técnicas utilizadas nesse trabalho que serviram para corroborar a proposta do produto. Será abordada depois a construção de instrumentos que serviram para tornar significativa a aprendizagem por meio da experimentação e da tecnologia. Na sequência, será apresentada a aplicação do produto no Centro Educacional Agnus Dei. Por fim, serão expostas as conclusões da presente dissertação, acrescentando as perspectivas do trabalho, com a possível submissão de um artigo em revista especializada.
Estudo técnico-econômico de sistemas solares combinados a bomba de calor para aquecimento de água
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2018-11-05) Fernandes, Valquíria Bomfim; Tapia, Gabriel Ivan Medina; Bessa, Kleiber Lima de; Lisboa, Ronai Machado
Este trabalho analisa a viabilidade técnico-econômica e o desempenho de sistemas solares de aquecimento de água, aplicados para consumo residencial de grande porte e com foco na cidade de Natal-RN. O objetivo da análise é incentivar o aproveitamento do recurso solar como energia térmica, constituindo uma alternativa sustentável ao aquecimento por meio de resistência elétrica. Duas configurações convencionais são analisadas, assim como duas configurações combinadas a bomba de calor. Os sistemas convencionais diferenciam-se pelo volume de armazenamento de água, de forma que o primeiro sistema apresenta um reservatório térmico com volume variável de acordo com a área de coletores solares instalados, enquanto o segundo adota dois reservatórios com volume fixo. Os sistemas associados a bombas de calor assemelham-se ao segundo caso, e diferenciam-se à medida em que um utiliza uma bomba de calor ar-água como aquecedor auxiliar, enquanto o outro conecta seus dois reservatórios através de uma bomba de calor água-água e uma conexão by-pass . Adota-se dados climatológicos no formato de ano meteorológico típico (typical meteorological year - TMY) referentes ao local estudado. É utilizada uma metodologia para a modelagem matemática e simulação numérica transiente com o software MATLAB. A análise econômica baseia-se no método P1 − P2, aplicado através do MATLAB, para estimar o ganho líquido proporcionado ao usuário por cada sistema ao longo de seu ciclo de vida. De acordo com os resultados de desempenho e retorno financeiro, todas as configurações analisadas mostram-se vantajosas. Para aplicações com área de coletor reduzida, o sistema combinado à bomba de calor ar-água apresenta-se como opção ótima, enquanto o primeiro modelo de sistema convencional possui o melhor custo-benefício nos casos em que maior área de coletores pode ser instalada.
Globo negro: uma proposta de sequência de ensino para processos de propagação de calor e radiação térmica
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-04-01) Oliveira, Ricardo Alexandre de Melo; Mendes, Tarciro Nortarson Chaves; http://lattes.cnpq.br/7214561044135757; Lisboa, Ronai Machado; http://lattes.cnpq.br/2221005703477932; Souza, Thatyara Freire de
Este produto trata-se de uma proposta de sequência didática como material potencialmente significativo para processos de propagação de calor e radiação térmica, aplicado ao segundo ano do ensino médio, utilizando um experimento técnico, conhecido como globo de Vernon, globo negro, termômetro de globo ou globotermômetro, que indica a Carga Térmica Radiante (CTR - Lei de Stefan-Boltzman) e a Temperatura Radiante Média (TRM). O processo de análise dos dados em conjunto com os alunos está fundamentado na teoria de aprendizagem Significativa de Ausubel e no Ensino de Ciências por Investigação por Ana Maria Pessoa Carvalho. Incialmente, a execução do produto seria no formato presencial, porém, frente à pandemia da Covid19, foram realizadas adaptações para o modelo remoto, procurando-se preservar a interação entre o aluno e o experimento e as características de Investigação e Aprendizagem Significativa. Dessa forma, espera-se que os resultados dessa atividade facilitem o entendimento dos alunos com relação aos conceitos de Temperatura e Corpo Negro, contribuindo para o aprendizado da Termologia, com a perspectiva de ser considerada uma inovação substancial no processo de ensino.
Uma proposta para o ensino do movimento retilíneo uniforme utilizando fotoanálise e videoanálise
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-04-27) Dantas, Carlos Alípio Arlindo; Lisboa, Ronai Machado; http://lattes.cnpq.br/2221005703477932; Tavares, Bernardo Mattos; Mendes, Tarciro Nortarson Chaves; http://lattes.cnpq.br/7214561044135757
As tecnologias da informação e comunicação (TIC) podem potencializar a aprendizagem dos conceitos físicos ensinados no ensino médio. Esse trabalho estuda o movimento retilíneo uniforme (MRU) utilizando a fotoanálise e a videoanálise. O estudo é sistematizado com uma sequência didática dividida em três momentos, totalizando seis aulas. Devido à pandemia da COVID-19, a sequência didática foi aplicada no formato híbrido a fim de manter a estrutura previamente estabelecida, mas que ainda permitisse que parte dos estudantes pudessem experimentar o produto educacional proposto. A sequência didática permite: a abordagem histórica do cinematógrafo, a análise do movimento com imagens sequenciais, a prática experimental, utilizando dois experimentos de baixo custo, e a utilização dos aplicativos: Infinite Shot, Vernier Graphical GW e o software Tracker. Com essas ferramentas é possível fazer a fotoanálise e videoanálise do movimento vertical de uma arruela ao longo de uma haste rosqueada e de uma esfera que se desloca dentro de uma mangueira inclinada contendo óleo. As atividades propostas proporcionam uma aprendizagem mais interessante no estudo da cinemática a partir da experimentação. Em uma primeira aproximação, tanto a arruela quanto a esfera, movem-se em linha reta e à velocidade constante. As características do movimento desses corpos são investigadas pelos alunos com a utilização de smartphones associados às técnicas da fotoanálise e videoanálise. Fundamentado no ensino em espiral, proposto pelo teórico Jerome Bruner, os conceitos iniciais de cinemática e especificamente do movimento retilíneo uniforme, são visitados e revisitados, permitindo a construção gradativa do conhecimento, passando dos aspectos mais elementares desse movimento aos mais complexos.
Relativistic pseudospin and spin symmetries in physical systems – recent results
(IOP Publishing, 2014-03-11) Lisboa, Ronai Machado; Alberto, Pedro; Castro, A.; Fiolhais, M.; Malheiro, M.
In this paper we revise the main features of pseudospin and spin symmetries of the Dirac equation with scalar and vector potentials and mention several of its applications to physical systems. These symmetries have been extensively researched in the last 15 years, especially pseudospin symmetry, mainly in its application in understanding certain nuclear structure features of heavy nuclei. The realization of both symmetries has also been studied using several mean-field scalar and vector potentials. For many classes of potentials, these symmetries allow to have analytical solutions of the Dirac equation which otherwise would not have been possible. We report here some recent results related to anti-fermions, Coulomb and confining potentials
Uma sequência didática para abordagem de conceitos de cinemática através de dois carrinhos impressos em 3D e uso do Arduino
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-12-15) Araújo, Alexandre Amaral Cardoso de; Lima, Alexsandro Pereira; ; ; http://lattes.cnpq.br/5656670200932555; Barbosa, Geovani Ferreira; ; Lisboa, Ronai Machado; ; Mendes, Tarciro Nortarson Chaves;
O produto educacional abordado nessa dissertação, refere-se especificamente a dois tipos de movimentos unidimensionais, Movimento Retilíneo Uniforme e Movimento Retilíneo Uniformemente Variado, inseridos no campo da Cinemática. Em conformidade com as matrizes curriculares vigentes, faz-se necessário e adequado a implementação das atividades do produto educacional em turmas da 1a série do ensino médio. Mais especificamente no primeiro terço do ano letivo, nos quais são, com raras exceções, discutidos os principais tipos de movimentos e que, obviamente, vão compor o cenário satisfatório para a aplicação do produto educacional. Entretanto, pode ser aplicado nas séries seguintes. Em virtude da boa quantidade de informações que podem ser aferidas na aplicação do objeto educacional, a proposta é que a realização da atividade seja feita por grupos de alunos, fomentando a discussão e análise dos resultados, permitindo o confronto de ideias e pontos de vista, o que, pedagogicamente se apresenta como elemento positivo para a construção do conhecimento. Considerando o conjunto experimental como sendo uma peça de baixo custo, por se apropriar principalmente de uma plataforma (hardware e software) aberta, torna-se economicamente viável a construção de uma quantidade de conjuntos experimentais suficientes para atender grandes grupos.
Spin and pseudospin symmetries in the antinucleon spectrum of nuclei
(American Physical Society, 2010-06-28) Lisboa, Ronai Machado; Malheiro, M.; Alberto, P.; Fiolhais, M.; Castro, A. S.
Spin and pseudospin symmetries in the spectra of nucleons and antinucleons are studied in a relativistic mean-field theory with scalar and vector Woods-Saxon potentials, in which the strength of the latter is allowed to change. We observe that, for nucleons and antinucleons, the spin symmetry is of perturbative nature and it is almost an exact symmetry in the physical region for antinucleons. The opposite situation is found in the pseudospin symmetry case, which is better realized for nucleons than for antinucleons, but is of dynamical nature and cannot be viewed in a perturbative way for either nucleons or antinucleons. This is shown by computation of the spin-orbit and pseudospin-orbit couplings for selected spin and pseudospin partners in both spectra
Temperature effects on nuclear pseudospin symmetry in the Dirac-Hartree-Bogoliubov formalism
(American Physical Society, 2017) Lisboa, Ronai Machado; Alberto, P.; Carlson, B. V.; Malheiro, M.
We present finite-temperature Dirac-Hartree-Bogoliubov (FTDHB) calculations for the tin isotope chain to study the dependence of pseudospin on the nuclear temperature. In the FTDHB calculation, the density dependence of the self-consistent relativistic mean fields, the pairing, and the vapor phase that takes into account the unbound nucleon states are considered self-consistently. The mean-field potentials obtained in the FTDHB calculations are fit by Woods-Saxon (WS) potentials to examine how the WS parameters are related to the energy splitting of the pseudospin pairs as the temperature increases. We find that the nuclear potential surface diffuseness is the main driver for the pseudospin splittings and that it increases as the temperature grows. We conclude that pseudospin symmetry is better realized when the nuclear temperature increases. The results confirm the findings of previous works using relativistic mean field theory at T = 0, namely that the correlation between the pseudospin splitting and the parameters of the Woods-Saxon potentials implies that pseudospin symmetry is a dynamical symmetry in nuclei. We show that the dynamical nature of the pseudospin symmetry remains when the temperature is considered in a realistic calculation of the tin isotopes, such as that of the Dirac-Hartree-Bogoliubov formalism
Utilização de vídeos em slow motion na obtenção de medidas diretas para o estudo do movimento num plano inclinado
(Departamento de Física da Universidade Estadual de Feira de Santana, 2017) Lisboa, Ronai Machado; Mendes, Tarciro; Guedes, Anderson Guimarães; Cantanhede, Gabriel Moura
O uso de câmeras, capazes de capturar muitos quadros por segundo, na investigação de fenômenos físicos, permite uma observação minuciosa desses fenômenos quando os vídeos produzidos são reproduzidos em baixa velocidade (slow motion). O movimento de uma esfera maciça rolando livremente sobre um plano inclinado é dessa forma analisado, possibilitando a medição direta do tempo e da posição da esfera. Um gráfico de posição versus tempo é então construído e o ajuste de uma curva polinomial quadrática aos dados experimentais é feito para a obtenção da aceleração do centro de massa da esfera. O resultado é analisado considerando-se três modelos distintos para a esfera: a esfera como uma partícula, a esfera como um corpo rígido e a esfera como um corpo deformável. Mostra-se então que os dois últimos modelos, dentro das margens de erro, ajustam-se igualmente bem aos dados experimentais. O valor da aceleração obtido a partir dos dados observados via o recurso slow motion é também compatível com o valor fornecido pelo software Tracker, mostrando-se que o estudo de vídeos em slow motion de fenômenos físicos pode ser uma ferramenta de aprendizagem ativa dos conteúdos de física básica
Videoanálise de desenhos animados: uma maneira alternativa para se introduzir a cinemática
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2025-01-17) Bezerra, Leandro Deon Alves; Ferreira, Pedro da Cunha; http://lattes.cnpq.br/3272676366064169; Lisboa, Ronai Machado; Oliveira, Thiago Bruno Rafael de Freitas
A compreensão dos conceitos de cinemática e a interpretação de gráficos são desafios frequentes enfrentados por estudantes no estudo da Física. Muitas vezes, a dificuldade em visualizar e analisar movimentos em uma dimensão compromete o aprendizado efetivo desses conceitos. O objetivo deste estudo é apresentar uma proposta didática de utilizar a videoanálise aplicada a desenhos animados como uma ferramenta para auxiliar na descrição e compreensão dos movimentos em uma dimensão. Com isso, esta pesquisa busca propor um modo de facilitar a interpretação de gráficos cinemáticos e promover uma aprendizagem significativa dos estudantes, fundamentada na teoria de David P. Ausubel (2012). A proposta consiste na aplicação de uma sequência didática com conteúdo distribuído em seis aulas de 50 minutos, em uma turma de 2° ano do Ensino Médio de uma escola pública. As três primeiras aulas introduzem o estudo do movimento, começando com a discussão de fotos estroboscópicas e seguindo para a videoanálise de um movimento real. Nas três aulas seguintes, ocorre a análise de duas cenas da animação Papa-léguas e o Coiote, momentos em que os estudantes revisitarão aspectos relevantes da atividade experimental e os princípios fundamentais da cinemática. Os resultados indicam que os alunos apresentaram uma evolução de até 60% em questões relacionadas à interpretação gráfica, ao deslocamento e à distância percorrida após a aplicação da sequência didática. A experiência demonstrou que a videoanálise com o software Tracker é uma ferramenta eficaz para o desenvolvimento de atividades de interpretação de gráficos cinemáticos. A proposta não apenas facilitou a compreensão dos conceitos fundamentais da cinemática mas também contribuiu para um aprendizado mais significativo e engajado por parte dos alunos.
Visitas virtuais ao experimento ATLAS do LHC/CERN: a tecnologia reduzindo desigualdades e levando estudantes e professores aos maiores experimentos da atualidade
(Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro, 2019) Lisboa, Ronai Machado; Seixas, José Manoel de; Begalli, Marcia; Damazio, Denis O.; Pereira, Cláudia Rodrigues; Guedes, Anderson; Albino, Maria da Glória; Albino Jr., Amadeu; Leite, Marco Antonio Lisboa; Donadelli, Marisilvia
Os avanços tecnológicos em informação e comunicação deram origem a usos inovadores da Internet como meio de comunicação global, levando programas educacionais e de divulgação científica a um nível internacional. Como exemplo, as Visitas Virtuais ao Experimento ATLAS, do Grande Colisor de Hádrons (LHC), no CERN (European Organization for Nuclear Research), usam videoconferências para conectar remotamente pesquisadores do CERN com professores e estudantes de escolas de Ensino Médio e demais pessoas interessadas em todo o mundo. Relatamos aqui uma visão geral dos aspectos educacionais, técnicos e organizacionais das visitas virtuais realizadas no Brasil, especialmente no Rio de Janeiro e no Rio Grande do Norte, com seu valor agregado único, porque une educação não formal à inclusão social, já que toda escola interessada é incentivada a participar

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