21/12/2009
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VII RELAEFVII Reunião Latino-Americana sobre Ensino de Física
23 a 27 de novembro de 2009
Porto Alegre, RS, Brasil
Mecânica Quântica no Ensino Médio
Professores: Victoria E. Herscovitz (IF-UFRGS)
Iramaia Cabral de Paulo (IF-UFMT)
UFRGS UFMT
Algumas dificuldades para o Ensino de MQ
1 - Fenômenos que a MQ descreve não são
familiares e até contrariam expectativas do
cotidiano.
LOGO - A Teoria se fundamenta em princípios que
parecem “bizarros” (para dizer o mínimo).
2- É uma Teoria relativamente jovem – cerca de
100 anos contra 500 da Clássica (considerando
Copérnico como marco temporal zero).
Bohr, Heisenberg e Pauli em 1934 ou 1936, na cafeteria do
Instituto Bohr.
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3 - A percepção “clássica” é
desenvolvida em nós
praticamente desde o
nascimento, o que torna as
explicações via Física
Clássica praticamente como
VERDADES ABSOLUTAS.
4 - Nossa linguagem (idioma) é clássica.
5 – A importância da Matemática na
conceitualização está sendo minimizada.
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6 - A matemática
adotada em MQ
não é mais
difícil, mas é
menos usual.
7- Utilização da denominação “Quântica” em situações não abordadas ou descritas pela Teoria Quântica
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Aspectos adicionais
O ensino hoje se estrutura de modo
mais “rebelde”.
O estudante pressiona por mais
dinamismo nas aulas e pelo uso de
tecnologias mais avançadas.
Caligrafia, decorar a tabuada, teoremas,
são coisas do passado.
Aspectos adicionais
Interdisciplinaridade
Relações sociais modificadas (aluno –
professor)
Agora – imagens, aplicativos, atividade
de laboratório “que vá direto ao ponto”, o
computador e a rede como fonte de
informação, etc
Abordagens deste minicurso:
Ênfase na Fase Inicial
Ênfase nos Primeiros
Postulados
(a)
(b)
Inte
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e d
e r
ad
iação
Freqüência
5000 K
Corpo Negro
(a) Resultado clássico -
catástrofe do ultra violeta.
(b) Resultado de Planck-
concordando com os valores
medidos.
papai!
Max Planck
1900
quem, eu?!
Primeira Semente (1900)
Fóton
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Período pré-natal 1905-1924
Observação de Diversos
Fenômenos Quânticos
A Batalha Onda – Partícula
e a Conciliação (de Broglie)
Tentando Entender o Átomo:- Modelos de
Rutherford (1911) e de Bohr (1913)
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Yo creo en ti...
Efeito Fotoelétrico
Compton -1923
Einstein -1905Einstein -1905
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Efeito Compton
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fóton
espalhado
Rutherford
Características
Átomo neutro
Núcleo positivo:
- Dimensão muito
reduzida frente
dimensão atômica
- Massa praticamente
a do átomo
Elétron negativo:
- Delimita dimensão
atômica
- Massa muito
reduzida frente
átomo
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Nascimento (1925-1926)
Heisenberg - Mecânica Matricial - Equação de Movimento para os Operadores
Schrödinger – Mecânica Ondulatória – Equação de Movimento para as Funções de Onda
Dirac - Mecânica Quântica -Independente de Representação
Para
vocês eu
tiro o
chapéu !
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Infância e Juventude( 1927- 1960 )
- Críticas ao comportamento da MQ por
muitos de seus familiares ilustres (dos
quais ela possui vários genes).
- EPR (discutido mais tarde). Impossível
decidir – Einstein, Podolski e Rosen ou
Bohr (Interpretação de Copenhagen) ?
- Enquanto isto...Física Nuclear, Física
Atômica, Física Molecular usam MQ
sem muito questionamento.
~
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/com
mons/d/d5/Niels_Bohr_Albert_Einstein_by
_Ehrenfest.jpg
Fase Adulta( 1960 - )
Bell (1964) propõe critério para decidir Einstein v. Bohr.
Experimentos culminam com o de grupo de A.Aspect (1982).
Einstein estava equivocado!
Se MQ cair, não será para volta da Clássica.
Surgem alguns grupos com importantes realizações
experimentais ( Áustria, França, Nova York, Rio de
Janeiro).