Trabalhos de Conclusão de Curso - Licenciatura em Física

Prof. Dr. Jalles F. R. da Cunha (orientador);

Prof. Dr. Alessandro de Souza Carneiro;

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza;

Este trabalho apresenta uma revisão teórica com o objetivo de explorar as dificuldades enfrentadas por alunos e professores no Ensino Médio ao desenvolver conceitos e teorias da Física. Destaca-se a importância da implementação de ferramentas como atividades lúdicas e experimentos práticos no processo de ensino, fundamentando-se em teorias de aprendizagem significativa. Além disso, o estudo oferece sugestões de novas metodologias, técnicas e abordagens que podem contribuir para uma educação mais eficiente e engajadora na disciplina.

Palavras-chave: Aprendizagem Significativa. Experimentos e Jogos como Ferramentas de Ensino.

A massa da Via Láctea e o enigma da matéria escura

Prof. Dr. Paulo Alexandre de Castro (orientador);

Prof. Dr. Marcionilio Teles de Oliveira Silva;

Prof. Dr. Nilton Luis Moreira

Essa monografia visa apresentar um método simples para estimar a massa da Via Láctea e abordar como a matéria escura está distribuída na Galáxia. O trabalho parte de uma revisão histórica que tem como objetivo mostrar como a percepção do homem acerca do Universo se transformou ao longo das décadas. O método utilizado tem como fundamento as Leis de Kepler e Newton, uma forma primitiva de estimar a massa da Via Láctea, que se baseia na velocidade de rotação do Sol. A pesquisa mostra como as descobertas sobre a massa da Galáxia evidenciaram a presença de matéria escura e mudaram a forma do homem olhar para o Universo. Este trabalho contribui na divulgação de informações científicas desconhecidas pela comunidade em geral, ensinando conceitos complexos de forma descomplicada.

Palavras-chave: Física. Massa galáctica. Via Láctea. Matéria escura. Astronomia.

Análise de Desempenho de uma Placa Solar de Silício Policristalino com Monitoramento em Tempo Real Utilizando Arduino e Python

Prof. Dr. Júlio Santiago Espinoza Ortiz (orientador);

Este trabalho consiste em realizar uma análise de desempenho de uma placa solar de silício policristalino, empregando monitoramento em tempo real por meio da integração de tecnologias Arduino e Python. A placa solar é avaliada quanto à eficiência e produção de energia, enquanto o Arduino é utilizado para a aquisição de dados em tempo real e o Python para o processamento e apresentação das informações de forma acessível. A implementação do sistema permite uma monitorização contínua do desempenho da placa solar, possibilitando identificar padrões de geração de energia, variações ao longo do tempo e otimizações possíveis. A utilização do Arduino como plataforma de aquisição de dados simplifica a integração de sensores, enquanto o Python oferece flexibilidade para análise e visualização dos dados coletados. Este estudo contribui para o avanço no entendimento do comportamento de placas solares de silício policristalino, fornecendo uma base sólida para futuras implementações e otimizações em sistemas de geração de energia solar. Além disso, a abordagem de monitoramento em tempo real com Arduino e Python destaca-se como uma solução eficiente e acessível para avaliações práticas de desempenho em sistemas de produção de energia através de células solares.

Palavras-chave: Placa solar, Silício policristalino, Monitoramento em tempo real, Arduino, Python, Eficiência energética, Geração de energia solar, Análise de dados.

Prof. Dr. Petrus Henrique Ribeiro dos Anjos (orientador);

Lucas Elias Vieira;

Prof. Dr. Paulo Eduardo Gonçalves de Assis

Dr. Paulo Eduardo Gonçalves de Assis (orientador);

O modelo XY representa uma cadeia de spins que interagem apenas por meio de suas componentes x e y, possivelmente na presença de um campo magnético aplicado na direção transversal ao plano de interação. Ele corresponde a uma cadeia indiscutivelmente simples e ao mesmo tempo não trivial, usada para descrever o comportamento de sistemas magnéticos anisotrópicos, sendo ainda estudado extensivamente com objetivo de entender o comportamento de sistemas de muitos corpos. Neste trabalho será estudado o comportamento de spins em cadeia unidimensional do tipo XY com ponto de partida na função de partição do sistema. Inicialmente será apresentada uma análise sobre o modelo XY clássico em que as variáveis de momento magnético admitem qualquer tipo de orientação espacial. Em seguida será investigado o caso puramente quântico, em que as variáveis de spin são tratadas por operadores matriciais com apenas duas possíveis orientações mensuráveis, convencionalmente denotadas por up (↑) e down (↓). Nesse ponto notar-se-ão as dificuldades encontradas ao se aumentar o número de sítios na rede. Por se almejar a compreensão de cadeias com número N de partículas elevado, ´e conveniente trabalharmos no limite termodinâmico para extrair a energia livre de Helmholtz, a partir da qual é possível determinar várias informações físicas acerca do sistema em questão, como a energia interna (U), a magnetização (M) e a susceptibilidade magnética (χ).

Danilo Borges dos Santos

Prof. Dr. Paulo Eduardo Gonçalves de Assis (orientador);

Com respeito à condutividade elétrica em materiais, estes podem ser divididos em diferentes categorias: os isolantes, que não conduzem corrente elétrica, ou conduzem de maneira desprezível; os conducondutores tradicionais, geralmente metálicos, possivelmente descritos por elétrons livres, como no modelo de Drude; os semicondutores, que devido às estruturas energéticas em bandas, resultantes da teoria quântica, podem se comportar como condutores e isolantes; os supercondutores, materiais nos quais o fluxo magnético é expelido e a resistência elétrica desaparece. Este trabalho tem como intuito abordar alguns pontos importantes sobre supercondutividade, como o desenvolvimento da teoria BCS, juntamente com sua ideia central, os pares de Cooper, utilizando a equação de Schrödinger. E por fim, como objetivo principal, discutir sobre a Junção Josephson, e descrevê-la, por meio da equação de Sine-Gordon.

Palavras-chave: Supercondutividade. Teoria BCS. Junção Josephson. Equação de SineGordon.

Murilo Henrique Magiotto de Paula

Prof. Dr. Paulo Eduardo Gonçalves de Assis (orientador);

Prof. Dr. Nilton Luis Moreira;

Prof. Dr. Petrus Henrique Ribeiro dos Anjos;

O presente trabalho apresenta uma formulação matemática capaz de descrever propriedades magnéticas dos materiais, com o estudo do comportamento de cadeias de spins ferromagnéticas. Após uma introdução aos conceitos físicos usados para modelar materiais paramagnéticos, diamagnéticos, ferromagnéticos e antiferromagnéticos sob o ponto de vista clássico e quântico, será feita uma apresentação acerca do chamado modelo Ising, que tem foco o ferromagnetismo e antiferromagnetismo. No entanto, a natureza quântica dos materiais em níveis microscópicos deve prevalecer em uma descrição mais realista de sistemas ferromagnéticos, baseada nos spins dos constituintes da matéria. Tais spins podem ser pensados como o momento de dipolo magnético intrínseco ao elétron. O estudo de diferentes tipos de cadeias quânticas de spins permite observar que para o caso do chamado modelo Ising quântico é possível encontrar a expressão fechada para as autoenergias do sistema usando conceitos simples como fronteiras, domínios ferromagnéticos e análise combinatória. À medida em que a dificuldade do problema aumenta ao introduzir novos termos de interação, nota-se que conceitos simples não serão suficientes para solucionar os modelos XXX e XXZ, de modo que é necessário recorrer a grandes matrizes quadradas e diagonalizá-las, o que não é um feito simples a se resolver, computacionalmente ou manualmente. Contudo, os problemas de interesse aqui correspondem a sistemas exatamente integráveis, que admitem solução analítica devido a grande quantidade de simetrias no sistema. Como consequência dessas simetrias da cadeia de spins, é possível formular o método de Bethe Ansatz, o qual permite encontrar restrições em parâmetros espectrais do problema que vinculam a dinâmica de tal maneira que diagonalização do problema pode ser obtida. Este método é então aplicado às cadeias de Heisenberg de dois tipos, XXX e XXZ.

Palavras-Chave: Heisenberg, Álgebra de Yang-Baxter, Bethe Ansatz Algébrico.

Maycon Kawlin Sardevist Alcantara e Lima

Prof. Dr. Paulo Eduardo Gonçalves de Assis (orientador);

Neste trabalho será desenvolvido, matematicamente e fisicamente, o fenômeno de propagação de pulsos de luz em uma fibra óptica. Iremos partir, das equações de Maxwell no vácuo e com certas considerações iremos reescrevê-las para um meio dielétrico. Após isso, usaremos da teoria de interação para descrever perdas no processo de propagação, o que irá nos levar para teoria de campos não lineares ao encontrarmos a Equação de Schrodinger Não Linear (NLSE). Ademais, iremos procurar a solução de tal equação a partir de um método chamado de Método de Primeira Integral, que nos fornecerá diferentes soluções.

Palavras-chave: Fibra Óptica, Equações de Maxwell, NLSE, Método de Primeira Integral.

Jaqueline Garcia Silva

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza (orientador);

Prof. Dr. Alessandro de Souza Carneiro;

Prof. Dr. Mauro Antônio Andreata

Edson dos Santos Silva

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza (orientador);

Prof. Dr. Alessandro de Souza Carneiro;

Prof. Dr. Jorge Luiz Vieira dos Anjos

Aziz Abrão Filho

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza (orientador);

Prof. Dr. Jalles Franco Ribeiro da Cunha;

Prof. Dr. Marcionílio Teles de Oliveira Silva

Mateus Calixto Pereira dos Santos

Prof. Dr. Paulo Eduardo Gonçalves de Assis (orientador);

Prof. Dr. Petrus Henrique Ribeiro dos Anjos;

Prof. Dr. Domingos Lopes da Silva Jr

Ismael Ribeiro de Assis

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza (orientador);

Prof. Dr. Nilton Luis Moreira;

Prof. Dr. Paulo Eduardo Gonçalves de Assis

Alan Max Fonseca de Araújo

Prof. Dr. Mauro Antônio Andreata (orientador);

Prof. Dr. Alessandro de Souza Carneiro;

Prof. Dr. Jalles Franco Ribeiro da Cunha

Yuri Alves de Oliveira Só

Prof. Dr. Mauro Antônio Andreata (orientador);

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza;

Prof. Dr. Jalles Franco Ribeiro da Cunha

Apresentamos, neste trabalho, como surgiram as ideias acerca das flutuações quânticas do vácuo e demonstramos um processo de quantização do campo eletromagnético no espaço livre, isto é, na ausência de correntes e fontes de campos. Em 1928, Paul A. M. Dirac (1902 – 1984) apresentou uma equação de onda relativística para a mecânica quântica que trouxe sérias implicações para nossas concepções naturais dos fenômenos, entre elas, a existência de elétrons com energias negativas. Estes elétrons foram denominados de anti-elétrons ou pósitrons e foram detectados experimentalmente, em 1932, por Carl D. Anderson (1905 – 1991). Mas o que mais chocou nos resultados obtidos foi a ideia de que o vácuo, o espaço livre, não seria tão vazio como se achava ser, mas, ao contrário, era uma região repleta de elétrons – que ficou conhecida como “mar de elétrons” (ou mar de Dirac). Essa teoria foi colocada em um contexto mais geral como parte da teoria de quantização do  campo eletromagnético no espaço livre; desenvolvida inicialmente, em 1926, pelos fundadores da mecânica quântica: Werner K. Heisenberg (1901 – 1976), Ernst P. Jordan (1902 – 1980) e Max Born (1882 – 1970) e aprimorada, em 1927, por Dirac na chamada segunda quantização. Nesta teoria, os elétrons com energias positivas e negativas podem ser descritos em termos de operadores de criação e aniquilação. Além disso, mostramos, neste trabalho, como a energia do vácuo quântico pode ser utilizada para compreender o fenômeno denominado efeito Casimir, descoberto, em 1948, pelo físico holandês Hendrik Casimir (1909 – 2000). Um fenômeno que embora seja intrinsicamente quântico possui uma manifestação macroscópica. Por fim, apresentamos a trajetória de verificação experimental do efeito Casimir, desde os primeiros experimentos até os mais recentes.

Palavras – Chave: Energia do vácuo; Quantização; Efeito Casimir;

Danielle Guimarães de Oliveira

Prof. Dr. Mauro Antônio Andreata (orientador);

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza;

Prof. Dr. Jalles Franco Ribeiro da Cunha

Thiago Henrique Jerônimo

Prof. Dr. Mauro Antônio Andreata (orientador);

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza;

Prof. Dr. Marcionílio Teles de Oliveira Silva

Júnior César Delfino Peixoto

Prof. Dr. Mauro Antônio Andreata (orientador);

Prof. Dr. Alessandro de Souza Carneiro;

Prof. Dr. Jalles Franco Ribeiro da Cunha

Juliana França de Araújo

Prof. Dr. Mauro Antônio Andreata (orientador);

Prof. Dr. Alessandro de Souza Carneiro;

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza

Cláucio Fernando Martins Brito

Prof. Dr. Mauro Antônio Andreata (orientador);

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza;

Prof. Dr. Marcionílio Teles de Oliveira Silva

Este trabalho aborda reflexões sobre a Filosofia Educacional do Pragmatismo defendido por John Dewey e o ensino de Física sob a ótica de discente formando e aspirante a docente. Primeiramente apresentaremos a biografia e cronologia de John Dewey e  posteriormente um roteiro com definições e reflexões sobre conceitos e teses para concluir com associações pertinentes ao tema O Pragmatismo de John Dewey e o Ensino de Física.

Francisco das Chagas Nobrega Junior

Prof. Dr. Julio Santiago Espinoza Ortiz (orientador);

Enquanto a análise e estudo dos denominados sistemas integráveis são bem expostos nos livros de física básica de nível médio, mas nem sempre bem abordados, uma outra classe denominada de sistemas caóticos não são cobertos, nem mesmo no ensino superior. Ainda que os conceitos e entendimentos sobre a complexidade que o caos clássico envolve remonte ao século passado, certamente a teoria envolvida na dinâmica deste sistema pode ser muito rica em conceitos e de grande conteúdo para o aprendizado dos alunos em todos os níveis. Estudamos um sistema dinâmico composto de uma partícula de massa unitária que voa sobre uma superfície e que pode oscilar com uma determinada frequência e amplitude constantes, sujeita a ação do campo gravitacional. Analisamos diferentes tipos de colisões da partícula com a superfície oscilante. Para isso, consideramos coeficientes de restituição de diferentes valores: sendo maior que um para colisões superelásticas, igual a um para colisões perfeitamente elásticas e menor que um para colisões inelásticas. O objetivo didático deste experimento numérico, que pode ser colocado em prática e analisado utilizando simples programas computacionais de livre acesso, com ferramentas uteis e fácil sintaxe computacional, consiste em mostrar para o estudante de qualquer formação escolar, numa forma prática e amena, o conceito físico de caos na mecânica clássica. Assim, encontramos diferentes regimes de movimento clássico desde o integrável ao caótico, inclusive um regime misto que pode envolver conjuntamente uma dinâmica tanto regular quanto caótica, isto feito simplesmente variando a razão da frequência de oscilação da superfície em relação a velocidade inicial da partícula que desloca em direção a superfície que oscila. A analise do sistema e realizada a partir da construção de um mapa que descreve sua evolução dinâmica e que, consequentemente, e utilizado para classificar o tipo dinâmico de movimento.

Ana Cláudia Rosa Tiago Bueno

Prof. Dr. Mauro Antônio Andreata (orientador);

Prof. Dr. Alessandro de Souza Carneiro;

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza

Jomhara Cristine Borges Dutra

Prof. Dr. Paulo Alexandre de Castro (orientador);

Prof. Dr. Jalles Franco Ribeiro da Cunha;

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza

O presente trabalho tem como objetivo discutir as ideias sobre a natureza da luz e alguns  conceitos da dualidade onda-partícula. O ponto de partida serão as ideias de Newton, Huygens e outros, chegando até a proposta (de dualidade) De Broglie; expondo o embate de ideias por esses grandes físicos como também, novas idéias/teorias propostas recentemente, passando por Shahriar S. Afshar, um físico iraniano que se diz capaz de violar o princípio da complementaridade de Niels Bohr e João Magueijo um cientista português, integrante do Grupo de Física Teórica do Imperial College, em Londres e autor da Teoria VSL (do inglês Variable Speed of Light, que significa Velocidade Variável da Luz) que veio questionar a premissa mais básica por trás da Teoria da Relatividade de Albert Einstein: a de que a velocidade da luz no vácuo é sempre constante. Os cientistas começaram a entender a linguagem da natureza, desenvolveram técnicas de investigação e métodos de se encontrar soluções de sistemas naturais e não naturais. Entretanto, algumas teorias se mostram particulares/limitadas, e em alguns casos temporárias à medida que avançam os estudos. Um exemplo disso é o caso da mecânica newtoniana, muito útil nas leis de movimento a baixas velocidades, contudo não é adequada para descrever os movimentos dos corpos que viajam na velocidade próxima da luz, necessitando-se de uma nova teoria que viesse  explicá-la de forma satisfatória, surgindo a relatividade proposta por Albert Einstein. Nas ciências não existem teorias eternas. Normalmente toda teoria tem o seu regime de validade, como foi citado no exemplo acima. Muitas vezes o avanço da ciência surge de uma “crise/limitação” da velha teoria, que leva os cientistas a buscarem novas teorias que sejam mais completas.

Palavras-chave: Conceitos. Confrontos e Comparação.

Horácio Coelho Júnior

Prof. Dr. Eduardo Sérgio de Souza (orientador);

Prof. Dr. Nilton Luis Moreira;

Prof. Dr. Paulo Eduardo Gonçalves de Assis

Este trabalho prevê o estudo de amostras de manganitas do tipo Nd0,5Ca0,5Mn1-xCrxO3 (Cr = 0,0; 0,02; 0,04 e 0,07). As amostras empregadas neste trabalho foram obtidas pelo método de mistura de sólidos. O conhecimento deste processo de preparação de amostras cerâmicas foi adquirido do ponto de vista teórico. Por outro lado, era de interesse o desenvolvimento instrumental visando criar as condições experimentais mínimas para a realização de medidas de Resistividade Elétrica como função da temperatura (ρ(T)). De fato, o primeiro passo neste estudo, consistiu basicamente em consultar a bibliografia relacionada diretamente com as propriedades gerais e particularmente com as elétricas desses óxidos. Posteriormente, foram realizadas medidas elétricas da temperatura ambiente ~ 300 K até a do nitrogênio liquido ~ 77 K. Um dos objetivos pretendidos com as medidas de ρ(T) foi obter as temperaturas de transição do estado de ordenamento de carga (TOC) e da transição de fase do estado isolante para o metálico (TMI) destes materiais que marca uma passagem do sistema da fase isolante para a fase metálica em um amplo intervalo de variação da temperatura. Um estudo quantitativo da substituição de Mn3+ por Cr3+ foi realizado nas curvas de transporte via o modelo semicondutor do tipo Arrhenius, ρ(T)=ρ0e Ea/kBT em uma ampla faixa de temperatura, onde Ea a energia de ativação e ρ0 uma resistividade elétrica residual. Nota-se que os valores obtidos para Ea decrescem com o aumento da concentração de Cr3+.

Palavras – chave: Manganita; Propriedades Elétricas; Transições de Fases.

Thiago Ferreira da Cunha

Profa. Dra. Ana Rita Pereira (orientador);

Este trabalho resulta da realização de uma pesquisa de caráter diagnóstico, que pretende ampliar a percepção de alguns aspectos que afetam o ensino de Física na região de Catalão – Goiás, sendo isso realizado através do ponto de vista do professor de ensino médio. Oito professores que atuam como docentes na disciplina de Física no ensino médio na cidade de Catalão e região responderam a um questionário, expressando suas opiniões sobre alguns pontos relevantes do ensino de Física. Foram abordados aspectos relativos ao desenvolvimento das aulas de Física, interesse dos alunos, a infra-estrutura escolar para o ensino de Física, a satisfação profissional dos professores, formação continuada e outros aspectos relacionados ao processo de ensino-aprendizagem da Física. E com base nas respostas obtidas são apontados alguns problemas e as possíveis causas destes problemas. A situação vivenciada pelo ensino de Física em Catalão e região é similar ao que se verifica no restante do Brasil, sendo que os principais problemas apontados são: alunos desinteressados, infra-estrutura escolar bastante precária, professores sobrecarregados e mal remunerados, e especificamente no caso da Física, com uma formação inicial em outras áreas, o que ajuda na má qualidade do ensino, que é considerado pelos entrevistados como sendo o mais fraco na educação básica da região. Outro fato observado, junto aos professores entrevistados, que existe grande expectativa no estabelecimento de parcerias com o Curso de Licenciatura em Física do Campus Catalão da Universidade Federal de Goiás, tanto em projetos quanta na oferta de cursos, inclusive mestrado, numa relação que crie situações que promova melhorias na qualidade do ensino de Física nessa região. Assim com base na pesquisa realizada fizemos um breve diagnostico da situação do ensino de Física na região de Catalão - GO, que poderá servir de referencia para os futuros seguidores dessa profissão.

Juliana Pereira Duarte

Prof. Dr. Mauro Antônio Andreata (orientador);

Prof. Dr. Jalles Franco Ribeiro da Cunha;

Prof. Dr. Paulo Alexandre de Castro

Neste trabalho, apresentamos as principais diferenças entre a Escola Tradicional e a Escola Nova. Em especial, descrevemos um sistema da Escola Nova: o sistema de Decroly (os mundialmente famosos centros de interesse). Adaptamos as idéias de Decroly, que foram desenvolvidas em solo estrangeiro, ao caso brasileiro. Propomos o uso dos centros de interesse nas aulas de Física. Discutimos nosso bem sucedido ensaio de aplicação do método de Decroly ao ensino de Física.