Prezado (a) Professor (a)

A presente Sequência de Ensino Investigativa trata-se de um produto educacional

sobre Raios Cósmicos, oriundo de uma pesquisa do Mestrado Nacional Profissional em

Ensino de Física, Polo Dourados. O material foi elaborado na perspectiva investigativa, no

qual constituído de quatro momentos, envolvendo uma atividade experimental investigativa

de um Detector Caseiro de Raios Cósmicos de baixo custo aliada o Método Cooperativo de

Aprendizagem jigsaw.

O primeiro momento envolve o mapeamento dos conhecimentos prévios dos alunos

sobre a constituição da matéria e dos Raios Cósmicos por meio de um questionário. No

segundo momento sugere-se aulas expositivas e dialogadas sobre a Física de Partículas,

implementação de uma a atividade experimental na abordagem investigativa do Detector de

Raios Cósmicos de baixo custo, registro experimental e elaboração de hipóteses pelos alunos

a respeito dos fenômenos observados no experimento. No terceiro momento sugere-se a ser

trabalhado o texto sobre os Raios Cósmicos e o Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw

para a análise dos dados coletados na atividade experimental. No quarto momento envolve a

aplicação do questionário final.

Este material foi elaborado e está disponível para você, professor (a) que queira

trabalhar com a temática, Raios Cósmicos, no Ensino Médio utilizando-o de forma

complementar em suas aulas de Física. Mais informações estão disponíveis na dissertação

intitulada, Abordando os Raios Cósmicos no Ensino Médio: Uma proposta de Sequência de

Ensino.

1. PRODUTO EDUCACIONAL: INTRODUÇÃO AOS RAIOS

CÓSMICOS Nesta primeira seção será feita uma breve introdução sobre os Raios Cósmicos, foi

preferencialmente descrito de modo teórico-conceitual. Sugere-se a utilização de outras fontes

bibliográficas para uma compreensão mais aprofundada sobre o assunto.

1.1 A descoberta dos Raios Cósmicos

Para uma primeira abordagem sobre o tema discutiremos, nesta seção do trabalho,

aspectos de conceitos básicos que acreditamos ser relevantes sobre os Raios Cósmicos.

No final do século XIX e início do século XX houve muitas descobertas científicas

relacionadas as radiações. Primeiro a descoberta dos Raios X em 1895 por Roentgen. A

radioatividade em 1896 por Henri Becquerel estudando corpos fosforescentes. E as emissões

radiativas compostas pelos raios alfa (α) e raios beta (β) descobertas por Marie e Pierre Curie

e Rutherford. No entanto, por volta de 1910 um fenômeno chamou atenção dos físicos que

pesquisam sobre as radiações α e β, o fato de objetos carregados e isolados perderem cargas

após algum tempo (SARAN, 2012).

Para investigar este fato foi utilizado um aparato experimental conhecido como

eletroscópio (Figura 1). Dispositivo constituído de uma haste contendo duas folhas finas de

isoladas em uma das extremidades no interior de um recipiente de vidro e na outra

extremidade, uma esfera metálica. Carrega-se a haste com uma carga conhecida e em seguida

as folhas de ouro carregadas por indução se afastam uma da outra. No entanto, passado algum

tempo, as folhas do eletroscópio voltam a se encostar, isso acontece devido à ionização do ar.

Devido este fenômeno, os físicos da época se questionavam a respeito da causa da ionização

do ar. Uma das hipóteses levantadas para explicar a perda de carga elétrica do eletroscópio

para o ar seria uma eventual presença de componentes radioativos no meio ambiente que

contribuiria para uma constante formação de novos íons no ar (SARAN, 2012).

Para compreender o fenômeno de ionização do ar, Domenico Pacini utilizou o

eletroscópio para fazer a medição da condutividade residual do ar. Já Viktor Franz Hess a

bordo de voos de balão também utilizou o eletroscópio associado a um detector de ionização.

Ambos identificaram variações elevadas dos efeitos ionizantes devido à altitude. Em resumo,

eles esperavam que a ionização deveria diminuir com o aumento de altitude, uma vez que

estaria mais distante da fonte radioativa. Mas o que se observou foi justamente o contrário,

que com o aumento da altitude, houve um aumento progressivo do grau de ionização do ar,

que não poderia ser atribuído aos constituintes do ambiente, mas sim a alguma causa

misteriosa com origem nas profundezas do espaço (SARAN, 2012; BUSTAMANTE, 2013).

Figura 1: (a) Fotografia de eletroscópio de folha contendo um cilindro que internamente aloja duas

pequenas folhas de papel alumínio leve. (b) Diagrama representando o estado neutro do eletroscópio

“sem cargas” e (c) mostrando o estado carregado “eletrizado” do dispositivo. Fonte: (a):

http://minf.ufpa.br/index.php/eletroscopio-de-folhas; (b) e (c):

https://www.tecnolegis.com/provas/comentarios/139435.

Portanto, notaram que a origem da radiação que descarregavam os eletroscópios não

proviam do solo ou devido aos elementos radioativos presentes nele. A radiação vinha “de

cima”, do espaço e assim foi descoberta a “radiação ultrapenetrante”, no século XX, mais

precisamente em 1911, depois de uma década foi denominada pelo Robert Millikan por Raios

Cósmicos (BUSTAMANTE, 2013).

Do ponto de vista da Física Moderna Contemporânea os Raios Cósmicos não são de

fato “raios” (feixes de radiação) mas sim partículas subatômicas extremamente energéticas

que atingem a atmosfera do nosso planeta, vindas do espaço, de todos os cantos do universo

com velocidades altíssimas, muitas vezes próximas à própria velocidade da luz. Os Raios

Cósmicos mais comuns provenientes de explosões de estrelas e nebulosas, dependendo de sua

energia formam partículas secundárias. Em sua maioria são prótons (90%), partículas alfa

(9%) e o restante são núcleos atômicos pesados, como, por exemplo, o ferro. Seu espectro de

energia varia de 109

eV até 1020

eV (VALE e SOUSA, 2012; LAGO, 2007).

O físico Pierre Auger em 1938 descobriu o impacto gerado por um Raio Cósmico ao

atingir um núcleo da atmosfera terrestre, formando assim uma cascata de partículas, que ele

mesmo chamou de Chuveiros Aéreos Extensos. Fenômeno identificado por meio de

detectores que havia espalhado na região do Alpes na França. Dessa forma, detectando um

sinal de partículas simultaneamente (SARAN, 2012; CENTRO BRASILEIRO DE

PESQUISAS FÍSICAS).

No Brasil a pesquisa em Raios Cósmicos teve início em 1933 pelo alemão Bernhard

Gross no Instituto Nacional de Tecnologia. Em 1933, em São Paulo pelo físico Gleb

Wataghin e os brasileiros Marcelo Damy e Paulus Pompéia. Eles foram responsáveis pela

detecção dos chuveiros penetrantes. Posteriormente, esta equipe de pesquisadores, descobriu o

alto poder de penetração dos múons na matéria. É importante também mencionar as pesquisas

do físico brasileiro Mário Schenberg sobre as origens dos Raios Cósmicos, das partículas

elementares e a unificação das teorias das interações fundamentais. (CENTRO BRASILEIRO

DE PESQUISAS FÍSICAS; HAMBURGER, 2002; VIEIRA, 2012). Mário Schenberg se

destacou pelo pioneirismo na Física Teórica e Matemática e seus estudos sobre os Raios

Cósmicos em Astrofísica estão presentes nos livros didáticos.

No entanto, a pesquisa com participação de Físicos brasileiros sobre os Raios

Cósmicos com repercussão internacional foi a descoberta do méson-pi (píons- nome coletivo

para o π+, π

- e π

0), em 1947 com participação de Cesar Lattes em colaboração de G.

Occhialini e C. F. Powell. Em 1935 foi predito por Yukawa a existências de mésons que

carregariam as partículas da força nuclear. E foi no monte Chacaltaya localizado na Bolívia à

5,2 km de altitude, que Lattes confirmou a existência do mésons-pi, partículas responsáveis

pela união e estabilidade no núcleo atômico. No ano seguinte, Lattes foi para Universidade de

Califórnia, em Berkeley detectou o méson-pi artificialmente. Trabalho executado em parceria

de Eugene Gardner no acelerador sicro-cíclotron (SARAN, 2012; CENTRO BRASILEIRO

DE PESQUISAS FÍSICAS; STEINKIRCH, 2010).

Origem dos Raios Cósmicos

Apesar dos grandes esforços científicos e tecnológicos não há uma completa

explicação para o surgimento dos Raios Cósmicos. Contudo, observação cuidadosa das

energias associadas aos Raios Cósmicos ao atingirem a Terra permite inferir as possíveis

regiões do espaço em que elas foram geradas. A origem dos Raios Cósmicos é inferida, então,

a partir do espectro de energia das partículas como mostrado na Figura 3, na qual se apresenta

a incidência de partícula em função de sua energia.

Para facilitar a compreensão da forma que a ocorrência dos Raios Cósmicos é

distribuída pela sua energia utilizaremos a equação do fluxo dos Raios Cósmicos. Nesta

equação se verifica que as partículas mais energéticas são menos prováveis de serem

detectada quando comparadas com partículas de mais baixa energia, que tem incidência muito

mais pronunciada.

A medida do fluxo dos Raios Cósmicos foi feita por meio de dados observacionais que

levaram a equação da lei de potência (OLIVEIRA, ROCKENBACH e PACINI, 2014).

(1)

Onde N indica o número de partículas, E o espectro energético e o índice espectral.

Na prática, esta lei descreve um fluxo de raios cósmicos decrescentes com

relação a energia, tal que é possível encontrar uma partícula com energia de

ordem de 100 MeV a cada centímetro quadrado por segundo, mas a

ocorrência de partículas com energias de ordem de 1020

eV é de uma a cada

quilômetro quadrado por século (OLIVEIRA, ROCKENBACH e

PACINI,2014, p. 2).

Assim, no diagrama de fluxo (Figura 2) constam dois pontos em maior destaque,

denominados de joelho e tornozelo. Pontos que dividem o diagrama de acordo com o fluxo de

níveis de energia. Para energia de aproximadamente 1015

eV ocorre uma mudança no índice

espectral de ~2,6 para ~3,0, denomina-se essa região de joelho do espectro, de acordo com o

fluxo de Raios Cósmicos com essa energia nesta região do espectro é de 1 partícula por m2

por segundo. A segunda região chamada de tornozelo do espectro de 1018

eV, quando o

passa a ~ 3,0 para 2,5. O fluxo é de 1 partícula por m2

por ano (OLIVEIRA, ROCKENBACH

e PACINI, 2014; LAGO, 2007).

As energias que compreende até o joelho tem origem galáctica. Na região do

tornozelo, os Raios Cósmicos extragalácticos começam a dominar. Logo a origem que

compreende energias de até 109

eV são explicados pelos fenômenos solares denominados de

Raios Cósmicos solares. As energia entre 109

eV a 1016

eV são excedentes de supernovas. No

entanto, não pode afirmar a origem dos Raios Cósmicos com energias acima de 1019

, porém

há um consenso sobre sua fonte ser extragaláctica. (OLIVEIRA, ROCKENBACH e PACINI,

2014).

Figura 2: Diagrama do fluxo de Raios Cósmicos para energias superiores a 100 MeV. Fonte: Oliveira, Rockenbach e Pacini, 2014.

Raios Cósmicos interagindo com o planeta Terra

Os Raios Cósmicos interagem de várias formas com o nosso planeta. Partículas vindas

do espaço que podem modificar o clima global, isso acontece devido à ação catalisadora na

formação de nuvens na parte superior da atmosfera. Também são responsáveis pela formação

das Auroras. Isso acontece devido muitos destas partículas cósmicas serem provenientes do

sol, resultado das suas violentas explosões que acabam interagindo com o campo magnético

terrestre. As partículas entram em contato com os gases da ionosfera (camada acima de 80 km

de altitude) originando o fenômeno (SARAN, 2012).

Os Raios Cósmicos ao atingirem o topo da atmosfera terrestre, em sua grande maioria,

os prótons com velocidade próxima à da luz, possuem elevadas energias, sendo denominados

de Raios Cósmicos primários. Ao interagirem a atmosfera (átomos que a compõem)

produzem novas partículas e outras sofrem decaimento se transformando novamente, assim

são denominadas de Raios Cósmicos secundários. Um único próton incidindo no topo da

atmosfera gera uma reação em cadeia de bilhões de partículas que chegam ao solo em uma

área de até dezenas de km2. O resultado desta interação da radiação primária com a atmosfera

é análogo ao de uma cascata, neste caso, uma cascata de partículas conhecida como Chuveiro

Aéreo Extenso (CAE) (BUSTAMANTE, 2013; SARAN, 2012; LAGANÁ, 2011;

PINHEIRO, 2015).

Uma maneira de representar o comportamento do decaimento das partículas, como no

caso do CAE, é por meio do diagrama de Feynman. O diagrama busca facilitar a visualização

dos fenômenos (Figura 3) de colisão e espalhamentos de partículas segundo os princípios da

Teoria Quântica. Existem algumas características presentes no diagrama de Feynman, que

serão descritas a seguir para facilitar a interpretação dos fenômenos representados no

diagrama explicativo do CAE.

Em geral, nos diagramas de Feynman os férmions (quarks e léptons) são representados

por linhas retas e os bósons (partículas mediadoras das interações) por linhas curvas e o vertex

é o ponto onde as linhas se conectam. As linhas são representadas de três formas: (1) as linhas

internas são responsáveis por conectar os vértices, (2) as linhas no sentido entrando

representam o momento inicial e (3) as linhas no sentido saindo representam o momento final

das interações entre as partículas (STEINKIRCH, 2010).

Figura 3: Exemplo de um diagrama de Feynman para o decaimento da partílula π+ . Ele é composto

por um quark up (u) e um antiquark down ( ), no entanto decaem devido ao processo fraco (mediado

pela partícula W+) em um múon (µ+) e um neutrino do múon (νµ). Fonte: Steinkirch, 2010.

O CAE (Figura 5) está dividido em três componentes para melhor visualização dos

principais processos que ocorrem em sua formação. A cascata hadrônica juntamente com as

componentes eletromagnética e muônica formam o eixo do CAE. No entanto, fisicamente os

processos de superpõem. O Raio Cósmico ao colidir com o núcleo atmosférico interagem

produzindo em sua grande maioria píons e neste processo acaba cedendo parte de sua energia.

Nesta interação fragmentos dos núcleos tanto do Raio Cósmico como dos núcleos da

atmosfera podem ser emitidos (OLIVEIRA, 2000).

Ainda sobre o Chuveiro Aéreo Extenso (CAE) a componente hadrônica é formada por

píons carregados ou kaons resultados de decaimentos, colisões ou ressonâncias de bários. Os

referidos píons (π0, π

±) são importantes no desenvolvimento das cascatas na componente

muônica (Figura 5) que é formada pelos π+ e π

-. Já a componente eletromagnética é formada

pelos π0. No entanto, outros fragmentos podem colidir com núcleos de camadas mais

profundas da atmosfera e formar novas cascatas hadrônicas (VALE e SOUSA, 2012;

OLIVEIRA, 2000).

A representação do CAE (Figura 4) os π0 são mais comum decairem π

0 2γ , Oliveira

(2000) ainda descreve mais sobre o processo da formação da cascata eletromagnética:

Os fótons são produzidos a altas energias (na faixa dos raios-γ) e interagem

eletromagneticamente com a matéria a sua volta preferencialmente através

do processo de criação de pares (γ +γn e+

+ e-). Os elétrons e pósitrons

resultantes interagem preferencialmente a altas energias via Bremsstrahlung

que é a emissão de raios-γ devido às acelerações provocadas pelos campos

elétricos dos núcleos ao redor. Estes raios-γ realimentam o processo gerando

uma cascata de elétrons, pósitrons e fótons (p. 10).

A componente muônica dos chuveiros é gerada pelo decaimento dos π± . Devido a

baixa seção de choque dos múons para interação são bem penetrantes e atravessam a

atmosfera e chegam a profundos níveis abaixo da superfície. Ainda de acordo com Oliveira

(2000):

A componente muônica é menos numerosa que a eletromagnética, no

entanto, se mantém e não é absorvida rapidamente. A grandes distâncias do

eixo do chuveiro, a componente muônica permanece e se distribui

lateralmente por áreas muito maiores que a componente eletromagnética, por

isso é a componente mais facilmente detectada, constituindo o sinal

dominante ao nível do mar e níveis subterrâneos. Os múons podem também

eventualmente decair (µ± e

± + νe + νµ) alimentando a componente

eletromagnética juntamente com os múons são produzidos os neutrino

atmosféricos (p. 10).

Os múons de altas energias tem uma trajetória próxima de ser retilínea. Devido a esse

comportamento chegam mais rápidos do que os elétrons no solo. Sendo assim são muito úteis

na reconstrução das frentes do CAE (VALE e SOUSA, 2012).

Figura 4: Concepção artística de um CAE de Raios Cósmicos.

Fonte: Oliveira, 2000.

A detecção e descrição da evolução do CAE são costumeiramente realizadas por

detectores e uso de simulações computacionais que auxiliam para a melhor compreensão dos

dados. No Observatório Pierre Auger, considerado um dos principais referências em detecção

de Raios Cósmicos, é utilizado dois tipos de detectores, telescópios de superfícies e

telescópios de fluorescência. Os dados de ambos os detectores são cruzados, dessa forma

elaboram a trajetória e energias das partículas que formam o CAE (VALE e SOUSA, 2012).

Câmara de Nuvens

A câmara de nuvens também se trata de um método usado para detecção de Raios

Cósmicos. Foi desenvolvida em 1911 pelo físico Charles Wilson na Universidade de

Cambridge. A câmara de nuvens trata de um recipiente fechado contendo vapor super-

resfriado de água ou álcool. No qual é condensado em torno da passagem de um feixe de

partículas carregadas, proveniente de Raios Cósmicos. Os traços deixados por essas partículas

são visíveis a olho nu na forma de condensação do vapor em forma líquida, possibilita a

visualização/registro da trajetória que a partícula deixou na linha de condensação

(PINHEIRO, 2015; AGUIAR, 2013; VALE e SOUSA, 2012).

Esse aparato experimental foi o primeiro detector com a capacidade de mostrar os

traços produzidos pelas partículas subatômicas, corroborando na investigação da radiação e

das partículas elementares. Sua grande conquista foi possibilitar a detecção do pósitron (figura

5) em 1932 pelo físico Carl Anderson (LAGANÁ, 2011; PINHEIRO, 2015). Aparato

experimental que ainda tem sido utilizado para pesquisa de partículas elementares, estudo de

interações de partículas carregadas com a matéria e Física Nuclear (LAGANÁ, 2011) na

atualidade.

Figura 5: Pósitron, partícula detectada na Câmara de Nuvens. Fonte: https://www.sprace.org.br/divulgacao/noticias/vendo-particulas-subatomicas

Dentro da Câmara de Nuvens são visualizados alguns traços produzidos por partículas

de baixa energia, elétrons de ionização, prótons e partículas de alta energia que podem ser

analisados de acordo com o seu comportamento (LAGANÁ, 2011).

As partículas detectadas pelo detector de Raios Cósmicos, conhecido como Câmara de

Nuvens, possui comportamento característico e podem ser identificadas através do traço

deixado no detector de acordo com a sua respectiva energia.

Partículas de baixa energia

Estas partículas de energia da ordem de 0.05 eV deixa um traço com grande

quantidade de desvio dentro do detector. Propõe-se que o traço da (Figura 6) seja um elétron

ou múon. (LAGANÁ, 2011).

Figura 6: Traço deixado por partícula de baixa energia. Fonte: Laganá, 2011.

Elétrons de ionização

Os elétrons de ionização são a maioria das partículas de baixa energia detectada na

Câmara de Nuvens, elétrons arrancados dos átomos por partículas energéticas (Figura 7). Os

elétrons de ionização tem a característica de percorrer poucos centímetros até depositarem

toda sua energia (LAGANÁ, 2011).

Figura 7: Partícula energética produziu um elétron de ionização formando uma bifurcação. Fonte: Laganá, 2011.

Prótons

Os prótons secundários podem ser visualizados na Câmara de Nuvens, eles deixam um

traço bem reto e extremamente forte (Figura 8) (LAGANÁ, 2011).

Figura 8: Traço deixado por um próton secundário. Fonte: Laganá, 2011.

Partículas de alta energia

As partículas de alta energia ao atravessarem o detector praticamente sem desvio, por

serem energéticas têm menos chances de, sofrer mudança na trajetória por colisão com as

moléculas do vapor de álcool resultando em traços retos e fracos (Figura 9). Logo, as

partículas mais energéticas ionizam menos que as partículas de baixa energia (LAGANÁ,

2011).

Figura 9: Duas partículas de alta energia (>100 MeV) atravessando a Câmara de nuvens

simultaneamente. Fonte: Laganá, 2011.

Assim, por meio da Câmara de Nuvens um aparato relativamente simples de ser

executado pode ser realizado um estudo qualitativo e quantitativo dos Raios Cósmicos, bem

como dos demais fenômenos decorrentes deste experimento.

2. PRODUTO EDUCACIONAL: SEQUÊNCIA DE ENSINO

INVESTIGATIVA A Sequência de Ensino Investigativa (SEI) elaborada envolve uma atividade experimental

na perspectiva investigativa aliada ao Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw como

uma de suas estratégias de ensino. Na SEI são sugeridas ações que podem ser desenvolvidas

em quatro momentos, no primeiro momento, sugere-se um mapeamento dos conhecimentos

prévios dos alunos sobre a constituição da matéria e dos Raios Cósmicos por meio de um

questionário.

No segundo momento propõe-se que sejam ministradas aulas expositivas e dialogadas

sobre a Física de Partículas, a implementação de uma atividade experimental na abordagem

investigativa do Detector Caseiro de Raios Cósmicos, o registro experimental e a elaboração

de hipóteses pelos alunos a respeito dos fenômenos observados no experimento. No terceiro

momento sugere-se trabalhar com o texto sobre a Descoberta da Radiação Cósmica e a análise

dos dados coletados na atividade experimental por meio do Método Cooperativo de

Aprendizagem jigsaw utilizando o artigo de Laganá (2011).

2.1 Primeiro Momento: Identificação dos conhecimentos prévios dos alunos

Neste primeiro momento o objetivo é identificar os conhecimentos prévios dos alunos

sobre a constituição da matéria e dos Raios Cósmicos, utilizando o questionário inicial.

Aplicação do Questionário inicial

Na Figura 10 temos a ilustração de parte do questionário inicial (Apêndice A) como

uma sugestão para a identificação dos conhecimentos prévios dos alunos. O questionário é

composto por cinco questões, sendo três de múltiplas escolhas e duas dissertativas. Na

primeira questão busca identificar os conhecimentos que os alunos possuem sobre a

constituição dos átomos, na segunda sobre as concepções sobre as partículas elementares, na

terceira questão busca obter o conhecimento dos alunos sobre os Raios Cósmicos. Já na quarta

questão identificar o conhecimento dos alunos a respeito dos Chuveiros Aéreos Extensos.

Para a aplicação do questionário inicial propõe-se uma aula de 50 minutos.

Figura 10: Ilustração de parte do questionário inicial.

2.2 Segundo Momento: Realização da atividade experimental investigativa

No segundo momento sugere-se trabalhar alguns conceitos teóricos da Física de

Partículas e a realização da atividade experimental investigativa. Para execução das atividades

foram necessárias três aulas de 50 minutos. O segundo momento pode ser dividido em cinco

etapas: a). Introdução da Física de Partículas, b) Desenvolvimento da atividade experimental

investigativa demonstrativa do Detector Caseiro de Raios Cósmicos, c). Registro da atividade

experimental, d) Levantamento de hipóteses sobre os fenômenos observados na atividade

experimental, e). Registro das hipóteses sobre os fenômenos visualizados no Detector de

Raios Cósmicos.

2.2.1 Introdução à Física de Partículas-Teoria do Modelo Padrão Sugere-se que seja realizada uma introdução da Teoria do Modelo Padrão para o

entendimento das partículas elementares. Na aula sobre a Teoria do Modelo Padrão faça uma

pergunta sobre o conhecimento dos alunos a respeito de uma teoria científica. Com intuito de

fazer com que os alunos falem sobre as suas concepções. Explicando que uma teoria científica

deve ser comprovada experimentalmente e que se trata do conhecimento aceito

cientificamente até o momento a respeito de um conjunto de fenômenos e que a Teoria do

Modelo Padrão as partículas elementares e interações fundamentais que constitui a matéria.

Por se tratar de uma Teoria extensa sugere-se que dê mais ênfase nas partículas

elementares. Além do mais para o entendimento das partículas detectadas no experimento os

alunos precisam do conhecimento sobre as partículas elementares. Pois, a atividade

experimental do Detector Caseiro de Raios Cósmicos é similar a Câmara de Nuvens, aparato

experimental amplamente usado no estudo as partículas elementares e foi o primeiro

experimento detectar rastros deixados por partículas subatômicas e responsável pela detecção

da partícula elementar pósitron.

2.2.2 Atividade Experimental Investigativa Demonstrativa do Detector Caseiro

de Raios Cósmicos.

Como a Sequência de Ensino foi abordada na perspectiva investigativa aliada a

Aprendizagem Cooperativa sugere-se que após a apresentação das partículas elementares o

professor conduza todas as outras atividades seguintes com os alunos organizados em

pequenos grupos (quatro integrantes) com o objetivo de favorecer a interação social e a

socialização do conhecimento pelos os mesmos durantes as atividades seguintes.

Esta atividade experimental sugerida na Sequência de Ensino tem enfoque

investigativo, portanto o professor assume um papel de mediador e o aluno se torna mais ativo

no processo de ensino- aprendizagem. O professor insere uma situação problema envolvendo

um fenômeno e cria um ambiente favorável aos alunos para solucionar a problemática inicial.

É necessário que as atividades sejam desenvolvidas em grupos para propiciar momentos de

discussões, levantamentos de hipóteses, socialização e sistematização do conhecimento pelos

alunos.

Desse modo, organiza a atividade experimental investigativa na abordagem

demonstrativa do Detector Caseiro de Raios Cósmicos (Figura 11) utilizando o roteiro

experimental (Apêndice B) na presença dos alunos. Caso não tenha interesse em utilizar a

atividade experimental, no Apêndice B tem uma sugestão de vídeo de um Detector Caseiro de

Raios Cósmicos abordando a montagem e funcionamento do experimento. Outra

possibilidade pode ser o uso do aplicativo DECO (Apêndice C) para a detecção dos Raios

Cósmicos.

Na montagem da atividade experimental solicita a observação dos alunos em todas as

etapas, faça questionamentos sobre o que mais chama a atenção, a opinião deles sobre o que

vai acontecer/fenômeno no aparato experimental. Em seguida faça a explicação do

funcionamento do experimento abordando conceitos da Física Clássica somente, por exemplo,

explique o ciclo de convecção, a mudança de estado físico da matéria/ álcool e mudança de

fase do álcool. Não associe ainda o experimento ao um detector de Raios Cósmicos. Como já

dito antes, esta atividade se trata de uma atividade experimental investigativa, na qual o

professor cria um ambiente potencialmente investigativo para abordar os fenômenos

relacionados aos Raios Cósmicos.

Após o término da montagem do aparato experimental com intuito de que os alunos

reflitam sobre o funcionamento e os fenômenos que podem ser observados, realize o seguinte

questionamento aos alunos sobre o que eles esperam que aconteça no experimento.

Figura 11: Detector Caseiro de Raios Cósmicos.

2.2.3 Registro da atividade experimental investigativa Depois de montar o experimento, no máximo quinze minutos começará a surgir rastros

deixados por partículas subatômicas no detector, chame um grupo de alunos de cada vez para

observar o experimento, divida o tempo restante da aula para que todos os alunos tenham

oportunidade de visualizar e registrar os fenômenos. Após observarem peça aos alunos

desenharem individualmente (Apêndice D), o registro da atividade experimental/ coleta de

dados.

2.2.4 Levantamento de hipóteses sobre os rastros detectados Sugere-se que o professor introduza a pergunta-problema sobre como explicar os

fenômenos dos rastros observados no experimento. Com os alunos reunidos em grupo orienta

a debaterem/refletirem sobre os fenômenos identificados no experimento, analisarem as

evidências, levantarão hipóteses, argumentarem, comunicarão as ideias.

2.2.5 Registro das hipóteses sobre os fenômenos visualizados no detector de

Radiação Cósmica

Sugere-se que aos alunos em uma folha (Apêndice E) faça o registro das hipóteses

elaboradas por seu grupo sobre os rastros/fenômenos e como eles surgiram no experimento.

Dessa forma, sugere-se que faça questionamentos aos alunos para fomentar as discussões e

favorecer a comunicação das ideias, tornando-se mediador no processo de ensino-

aprendizagem.

2.3 Terceiro Momento: Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw

No terceiro momento recomenda-se que aborde conceitos sobre os Raios Cósmicos,

a sua detecção por meio do Detector Caseiro de Raios Cósmicos e análises dos dados

coletados na atividade experimental por meio das etapas do Método Cooperativo de

Aprendizagem jigsaw utilizando o artigo científico de Laganá (2011). Para execução das

atividades nesta terceira etapa foram utilizadas três aulas de 50 minutos cada.

2.3.1 Leitura e discussão do texto Descoberta dos Raios Cósmicos Propõe-se que o professor entregue aos alunos/grupos o texto (Figura 12)

(APÊNDICE F) sobre a fundamentação teórica dos Raios Cósmicos visando uma discussão

sobre a relação dos fenômenos observados na atividade experimental investigativa com os

conceitos presentes no texto. Reserve um tempo para a leitura do texto e socialização do

conhecimento primeiramente com os alunos do grupo e depois com os demais alunos e

professor.

Após este período faça colocações a respeito do texto, explique o funcionamento do

detector de Raios Cósmicos, faça alguns questionamentos, com o intuito que os alunos

percebam que os rastros visualizados no experimento foram deixados por Raios Cósmicos e

assim as hipóteses elaboradas por eles possam ser comprovadas ou refutadas a partir da

leitura/ discussão do texto, das discussões e da explicação do experimento.

Figura 12: Ilustração de parte do texto da Descoberta dos Raios Cósmicos.

Método Cooperativo de Aprendizagem Jigsaw

O Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw tem como principal objetivo criar

um ambiente de interdependência entre os integrantes do grupo por meio da divisão de tarefas

de aprendizagem (TEIXEIRA, 2013; FATARELI et al. 2010; FERREIRA e QUEIROZ,

2010). A dinâmica deste método assemelha-se a de um quebra-cabeça, em que a atividade é

concluída somente quando todas as partes estão encaixadas. Nesse sentido o trabalho é

cooperativo, cada integrante do grupo fica responsável por uma parte do trabalho, sendo assim

essencial para a concretização do trabalho final (FERREIRA e QUEIROZ, 2010; TEODORO,

CABRAL e QUEIROZ, 2015).

No referido método as ações têm início (Figura 13, 1º momento) com a organização

dos alunos em pequenos grupos de base. O professor divide o conteúdo, na mesma quantidade

de integrantes do referido grupo e distribui o material para estudo. Cada aluno fica

responsável por tópico do conteúdo. O professor faz um questionamento para que todos os

alunos que ficaram com o mesmo assunto se reúnam para discutir a pergunta, estudar e

consequentemente aprender o conteúdo de forma cooperativa, tornando-se com os demais

especialistas nesse assunto (Figura 13, 2º momento). Os alunos retornam ao grupo de base

(Figura 13, 3º momento, cada um expõe o que aprendeu no grupo de especialistas, com os

demais colegas, dessa forma todo o conhecimento necessário para o entendimento do assunto

central é reunido (FATARELI et al. 2010).

Figura 13: Representação esquemática do Método Cooperativo de Aprendizagem.

Fonte: Leite et al., 2013, p. 4.

No Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw uma estratégia que pode ser aliada

para favorecer o trabalho cooperativo entre todos os integrantes do grupo é atribuir para cada

aluno uma função. Sugere-se que o grupo seja formado por quatro elementos, tendo cada

integrante uma das seguintes funções: redator, mediador, relator ou porta- voz. O redator tem

a função de redigir as respostas elaboradas pelo grupo, o mediador organiza as discussões

permitindo que todos os elementos do grupo participem, o relator expõe os

resultados/conclusões do grupo e o porta-voz quando necessário tira dúvidas do grupo com o

professor.

Atribuir uma função para cada integrante do grupo no decorrer da aplicação do

Método Cooperativo jigsaw favorece ainda mais o desenvolvimento de algumas habilidades

relacionadas ao trabalho cooperativo, como a mediação da comunicação de ideias/

conhecimento do grupo, desenvolvimento de habilidades de comunicação oral pelo porta-voz

e relator de cada grupo. E finalmente, a habilidade de comunicação escrita, desenvolvida

pelos relatores dos grupos (FATARELI et al. 2010).

2.3.2 Aplicação do Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw Para a análise dos fenômenos no experimento sugere-se que os alunos permaneçam

organizados em grupos, e assim inicie o Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw

(Apêndice G).

No primeiro momento da execução do Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw

faça a distribuição dos grupos de base e a função de cada integrante do grupo conforme

ilustrado na Tabela 1. Atribua um papel para cada integrante de: um redator, um mediador,

um relator e um porta-voz.

Grupo A

Nome Especialista Função

Α Relator

Β Redator

Γ Mediador

Γ Porta- voz

Tabela 1: Organização dos alunos no Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw.

Propõe-se que faça a sistematização dos conceitos que envolvem os Raios Cósmicos

discutidos anteriormente, para assim fazer a apresentação da pergunta inicial aos integrantes

do grupo de base: como detectar as partículas que vêm do espaço. O intuito de iniciar com

esta pergunta é oportunizar a reflexão dos alunos a respeito do uso do Detector de Raios

Cósmicos para a detecção/estudo de partículas (Raios Cósmicos) que vêm do espaço. Após

fazer a pergunta, circula entre os grupos e faça questionamentos, quando necessário, para

fomentar as discussões e em seguida peça ao relator de cada grupo expor a conclusão a cerca

da problemática inicial.

No segundo momento organize os quatro grupos de especialistas (α, β, γ e δ), cada

integrante do grupo de base se torna um especialista, faça também a entrega da subdivisão do

artigo para cada aluno do grupo. Recomenda-se o uso da subdivisão feita por Laganá (2011),

De tal modo, que os alunos do grupo de especialistas α fiquem com o tópico, Partículas de

baixa energia, os especialistas do grupo β fiquem com a subdivisão, Elétrons de ionização, o

grupo de especialistas γ fiquem com o tópico, Prótons, e os especialistas δ fiquem com a

subdivisão, Partículas de alta energia.

Escreve a pergunta para a especialização na lousa sobre o comportamento

característico do fenômeno em estudo que foi detectado no experimento. Com o texto em

mãos e ciente da pergunta problema, os quatros grupos de especialistas podem ser

organizados para fazerem a leitura, discussão e socialização de dúvidas/conhecimento e a

elaboração da resposta/conclusão a questão de especialização. No decorrer desta etapa da

atividade circule entre os grupos para orientá-los quando tiverem dúvidas e faça

questionamentos para promover mais discussões sobre o fenômeno em estudo.

Após a socialização do conhecimento dos especialistas, peça aos alunos que retornem

aos grupos de base, entregue o registro da atividade experimental e peça para aos alunos

escolherem quatro desenhos/fenômenos distintos e os analisem com base no que aprendeu na

etapa anterior, assim cada integrante do grupo fica responsável em ensinar os demais a cerca

do fenômeno que se especializou. Dessa forma, os alunos vão ter condições de classificar as

partículas visualizadas no detector, a partir do seu respectivo comportamento, no qual foi

analisado/ estudado de forma cooperativa.

Dessa maneira, a socialização dos conteúdos entre os integrantes do grupo base,

acontece com o auxílio do aluno que ficou com a função de mediar toda a discussão. Os

grupos que apresentam dúvidas o aluno porta-voz vai ao encontro do professor para

solucionar as dúvidas. Após os grupo de base analisar, discutir e elaborar uma resposta para a

questão final o redator vai elaborar um texto a partir da discussão realizada.

Então, cada relator do grupo expõe oralmente ao demais a conclusão sobre o tema

abordado se baseando no texto elaborado pelo grupo, no qual sistematiza o conhecimento a

respeito dos fenômenos que podem ser observados em um Detector Caseiro de Raios

Cósmicos/Câmara de Nuvens, reunindo assim conhecimento/conteúdo que foi fragmentado

para possibilitar a aprendizagem cooperativa.

2.4 Quarto Momento: Aplicação do questionário final

No quarto momento sugere-se que os alunos respondam o questionário final

(Apêndice H), na primeira questão busca identificar os conhecimentos que os alunos possuem

sobre a constituição dos átomos, na segunda sobre as concepções sobre as partículas

elementares, estas perguntas foram as mesmas do questionário inicial para identificar se

houve alguma mudança conceitual por meio da implementação da SEI. Na terceira questão

busca identificar o conhecimento dos alunos sobre Raios Cósmicos e os fenômenos

observados no Detector e a última questão busca obter a opinião do aluno sobre a SEI, os

pontos positivos, negativos e as possíveis sugestões. Sendo necessária uma aula de 50

minutos para a aplicação do questionário final.

Dessa forma, espera-se que este trabalho venha contribuir com a inserção dos Raios

Cósmicos no Ensino Médio. Visto que a Sequência de Ensino Investigativa elaborada pode

propiciar um ambiente favorável à mudança conceitual dos estudantes a respeito desta

temática, tanto o uso da atividade experimental, quanto a aprendizagem cooperativa do

Método jigsaw podem ser contribuir de forma positiva e favorecer a compreensão dos

conceitos físicos abordados.

REFERÊNCIAS

AGUIAR, R. Vendo partículas subatômicas. 2013. SPRACE São Paulo Research and

Analysis Center. Disponível em: <https://www.sprace.org.br/divulgacao/noticias/vendo-

particulas-subatomicas.>. Acesso em: 29 de out. de 2016.

BUSTAMANTE, M. C. A descoberta dos raios cósmicos ou o problema da ionização do ar

atmosférico. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 35, n. 2, 2603 p. 1-6, 2013.

Breve Histórico de César Lattes, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas. Disponível em: <

http://www.cbpf.br/Staff/Hist_Lat.html >. Acesso em: 02 de nov. 2016.

FATARELI, E. F.; FERREIRA, L. N. A.; FERREIRA, J. Q.; QUEIROZ. Método cooperativo

de aprendizagem Jigsaw no ensino de cinética química. Química Nova na Escola, v. 32, n. 3,

p. 161-168, 2010.

FERREIRA, J. Q.; QUEIROZ, S. L. Percepções de graduando em química sobre atividade

cooperativa realizada no ambiente virtual cursos on-line. Revista Brasileira de Informática na

Educação, v. 18, n. 2, p. 44-52, 2010.

HAMBURGER, A.I. Dois textos de Mário Schenberg. Estudos Avançados, v.16, n.44, p. 215-

218, 2002.

LAGO, B. Estudo dos raios cósmicos galácticos com o observatório Auger. 2007. 67f.

Dissertação (Mestrado)- Instituto de Física, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de

Janeiro, 2007.

LAGANÁ, C. Estudo de raios cósmicos utilizando a câmara de nuvens de baixo custo.

Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 33, n. 3, p. 3302-5, 2011.

LEITE, I. S.; LOURENÇO, A. B.; LICIO, J. G.; HERNANDES, A. C. Uso do método

cooperativo de aprendizagem jigsaw adaptado ao ensino de nanociência e nanotecnologia.

Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 35, n. 4, p. 4504 1-7, 2013.

OLIVEIRA, M. A. L. Simulação de chuveiros atmosféricos extensos e métodos de

reconstrução de seus parâmetros fundamentais. 2000. 85 f. Tese (Doutorado)- Instituto de

Física Gleb Wataghin, Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, 2000.

OLIVEIRA, A. G. I.; ROCKENBACH, M.; PACINI, A.A. Raios cósmicos e a heliosfera.

Revista Brasileira de Ensino de Física, v.36, n.2, p. 2316-13, 2014.

PINHEIRO, L. A. A câmara de nuvens: uma abordagem integrada entre a física clássica e a

física moderna. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 32, n. 2, p. 517-528, 2015.

PINHEIRO, L. A.; COSTA, S. S. C., MOREIRA, M. A. Projetando o ensino de partículas

elementares e interações fundamentais no ensino médio. IN: XVIII Simpósio Nacional de

Ensino de Física, Vitória, p. 1-10, 2009.

SARAN, M.C.B. Astrofísica de partículas na sala de aula-uma sequência de ensino e

aprendizagem sobre raios cósmicos para o ensino médio. 2012. 131 f. Dissertação (Mestrado),

Universidade de São Carlos, São Paulo, 2012.

STEINKIRCH, M. V. O Modelo Padrão. Instituto de Física da USP. 2010. Disponível em:<

http://www.astro.sunysb.edu/steinkirch/reviews/sm07.pdf >. Acesso em 14 de dez. 2016.

TEIXEIRA, A. P. F. A aprendizagem cooperativa como forma de promover o aluno como

agente social. 2013. 78 f. Dissertação (Mestrado)- Faculdade de Letras, Universidade do

Porto, 2013.

TEODORO, D. L.; CABRAL, P. F. O.; QUEIROZ, S. L. Atividade cooperativa no formato

Jigsaw: um estudo no ensino superior de química. Alexandria Revista de Educação em

Ciências e Tecnologia, v. 8, n. 1, p. 21-51, 2015.

VALE, A. L.; SOUSA, C. M. G. A importância do estudo dos raios cósmicos: o método de

detecção do observatório Pierre Auger. Curso de Física da Universidade Católica de Brasília,

DF. 2012. Disponível em:

<https://www.ucb.br/sites/100/118/TCC/1%C2%BA2012/AImportandiadsRaiosCosmicosOm

etododedete.pdf>. Acesso em: 19 de set. de 2016.

VIEIRA, M. C. Mario Schenberg. Físicos do Brasil. 2012. Disponível

em:<http://www.sbfisica.org.br/v1/novopion/index.php/fisicos-do-brasil/28-mario-

schenberg>. Acesso em: 09 de jan. de 2017.

APÊNDICE (A): QUESTIONÁRIO INICIAL

UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS

Mestrado Profissional em Ensino de Física-UFGD/SBF

Questionário Inicial

Nome: _________________________________________________________

Prezado (a),

Este questionário tem por finalidade identificar as suas concepções prévias a

respeito da temática Radiação Cósmica.

1) Os átomos são as partículas constituintes de toda matéria existente, mas o que

constitui os átomos?

2) Dê exemplos de partículas elementares, como elas estão organizadas no Modelo

Padrão, quais são as interações fundamentais e as suas partículas mediadoras?

3) O planeta Terra é constantemente bombardeado por Raios Cósmicos, radiação

altamente energética vinda do espaço. Você tem conhecimento dessa informação?

Sim Não

Se responder sim, escreva mais a respeito deste assunto:

4) Você sabe do que se trata os Chuveiros Cósmicos? Assinale por qual meio você

obteve este conhecimento?

( ) livro didático ( ) revistas científicas ( ) internet

( ) sala de aula ( ) não tenho conhecimento

APÊNDICE (B): ROTEIRO EXPERIMENTAL DO DETECTOR

DE RAIOS CÓSMICOS

Você vai precisar:

Caixa de vidro (40 cm x 20 cm x 20 cm);

Caixa de madeira ou um recipiente de

plástico (60 cm x 30 cm); Placa metálica

pintada de preto rosco (60 cm x 30 cm)

com ranhuras na dimensão da caixa de

vidro; 2 kg gelo seco; Pisseta para colocar

o álcool; 100 ml de álcool isopropílico;

Feltro (12 cm x 6 cm); Pistola de cola

quente; Lanterna ou datashow; Luvas;

Óculos transparentes e Papel toalha.

Na parte interna e central da caixa

de vidro fixe um pedaço de feltro

utilize a pistola de cola quente.

Aguarde alguns minutos para a cola secar.

Utilize um par de luvas e óculos

de proteção para colocar o gelo

seco dentro da caixa de madeira

(Figura 1).

Sobre a caixa de madeira coloque

a placa metálica.

Com auxilio de uma pisseta

umedeça o feltro com o álcool

isopropílico (Figura 2).

Verifique se o gelo seco está em

contato com a placa e se a mesma

está congelando-a (Figura 3).

5 Coloque a lanterna ou ligue

1

2

3 4

5

Figura 1: Caixa de madeira completa

com gelo seco.

Figura 2: Caixa de vidro com feltro

fixado na parte interna umedecido com

álcool.

Fonte: Autoria própria.

Figura 3: Ilustração da placa em

contato com gelo seco.

Coloque o Datashow/lanterna

próximo do aparato experimental

(Figura 4) deixando uma parte da

luz incidir sobre a placa metálica para

melhor visualização do funcionamento do

experimento.

Aguarde em torno de 10 minutos,

vão surgir pequenas gotículas de

álcool e quando o vapor do álcool

supersaturar próximo da placa metálica,

surgirá uns rastros (Figura 5) entre o vapor

supersaturado de álcool e a placa. Quando

necessário utilize o papel toalha para

limpar a caixa de vidro para facilitar na

visualização.

Figura 5: Rastros deixados por Raios

Cósmicos em um detector.

Fique por dentro

A caixa de vidro sobre a placa metálica

congela por estar em contato com o gelo

seco a uma temperatura de

aproximadamente -78º C no decorrer de

aproximadamente 10 minutos. O álcool

isopropílico contido no feltro que se

encontra à temperatura ambiente evapora

preenchendo toda caixa de vidro, a

densidade do vapor aumenta condensando

sobre a placa resfriada e mais vapor

chegará à placa e se resfria. Assim inicia o

processo de convecção, onde o álcool

isopropílico evapora constantemente e

condensa sobre a placa metálica.

Logo, acima da placa o vapor se

encontra supersaturado, as partículas ao

passarem pelo vapor ionizarão as

moléculas que encontram na sua trajetória.

Assim pode- se observar traços

característicos do tipo de partícula que

atingiu o aparato experimental. Isso

acontece porque a ionização leva a

condensação das gotículas de álcool,

formando rastros característicos (Figura 5)

que pode ser observada a olho nu quando

iluminado por uma lanterna.

Cada rastro é característico de uma

partícula subatômica que atinge o detector

de Raios Cósmicos.

6

7

Figura 4: Uso do Datashow para

facilitar a visualização dos fenômenos

presentes no experimento.

Fonte: Autoria própria.

Uso de vídeo um do experimento do

Detector de Raios Cósmicos

Uma sugestão se não for possível

montar o Detector de Raios Cósmicos ou

segunda opção é utilizar um vídeo que

aborda o experimento. Na Figura 6,

apresenta-se uma sugestão para usá-lo no

lugar do experimento. Esse vídeo é

interessante porque aparece a montagem

do experimento e em seguida o seu

funcionamento (Figura 7), possibilitando a

visualização de vários rastros deixados por

partículas subatômicas.

Figura 6: Imagem do vídeo sobre o Detector

de Raios Cósmicos.

Fonte:https://www.youtube.com/watch?v=qQp

XGQ4Igks.

Figura 7: Imagem do vídeo do Detector de

Raios de Partículas em pleno funcionamento. Fonte:https://www.youtube.com/watch?v=qQp

XGQ4Igks.

Saiba mais...

APÊNDICE (C): SUGESTÃO DE USO DO APLICATIVO DECO

PARA A DETECÇÃO DE RAIOS CÓSMICOS

Fonte: http://wipac.wisc.edu/deco

O Centro de pesquisas Wisconsin Ice Cube Particle Astrophysics Center (WIPAC),

considerado um dos laboratórios mais avançados do mundo em detecção de Raios Cósmicos,

centro de pesquisa responsável pelo desenvolvimento do aplicativo Distributed Eletronic

Cosmic- Ray Observatory (DECO). Projeto que utiliza telefones celulares para detecção de

Raios Cósmicos e outras partículas energéticas.

Funcionamento do Aplicativo DECO

As partículas cósmicas que atingem a câmera dos aparelhos celulares emitem um sinal

elétrico comparado a uma assinatura pixel. Caso isso aconteça o aplicativo DECO (Figura 1)

registra e salva a imagem da partícula. De acordo com a quantidade de pixels encontrados a

amostra é considerada um candidato, partículas de alta energia. Para verificar se a partícula

candidata pode ser considerada um evento é feita outra análise mais aprofundada pelo

aplicativo. A maioria dos eventos detectados são múons (Figura 2), conhecido como o primo

pesado dos elétrons devido as suas características parecidas. Os múons detectados são Raios

Cósmicos secundários produzidos pela interação dos Raios Cósmicos ao atingir a atmosfera

terrestre.

Figura 1: Tela do aplicativo DECO

Fonte: http://wipac.wisc.edu/deco

Sugere-se que o aplicativo DECO seja executado por muitas horas para poder detectar

alguns eventos. Pois, apenas uma pequena parte das amostras será considerada candidatos e

uma parcela menor será classificada como evento.

Figura 2: Partícula, Múon produzida por um Raio Cósmico e detectado pelo aplicativo

DECO. Fonte: http://wipac.wisc.edu/deco

Instalação do DECO

O DECO funciona em aparelhos celulares com sistema operacional Android. Para

utilizá-lo é necessário baixar dois aplicativos, o registrador de dados e o DECO (disponível

em: http://wipac.wisc.edu/deco). A função do registrador de dados é sincronizar

automaticamente os dados de eventos para um banco de dados central. O registrador de dados

sincroniza automaticamente os dados para um banco de dados central (disponível em:

http://wipac.wisc.edu/deco/data), no entanto as partículas detectadas no dia poderão ver

visualizadas no dia seguinte.

Algumas sugestões para a obtenção de eventos:

1. Cobrir a lente da câmera com fita isolante para diminuir o fundo claro

nas imagens detectadas.

2. Recomenda-se que coloque o aparelho celular com a câmara principal

virada para baixo, sobre uma superfície plana.

3. Execute o aplicativo com o telefone ligado e conectado à internet.

Sugestão de Roteiro para o uso do Detector de Raios Cósmicos de bolso DECO.

Para o uso/estudo das imagens das partículas/Raios Cósmicos detectadas pelo seu

aparelho celular utilizando o aplicativo DECO selecione o período que o mesmo ficou em

funcionamento. As imagens capturadas pelo seu aparelho foram sincronizadas

automaticamente para o banco de dados central (Disponível em:

http://wipac.wisc.edu/deco/data). O site de acesso para visualizar as imagens das detecções

disponibilizam alguns critérios para seleção de dados como, por exemplo, período de

execução, altitude, localização (latitude e longitude), tipo de evento, modelo do telefone

celular e o número de identificação do dispositivo que consta na tela inicial do aplicativo

DECO. Alguns passos são necessários:

1) Acesse o banco central de dados do aplicativo DECO, (Disponível em:

http://wipac.wisc.edu/deco/data).

2) Verifique nas configurações do seu telefone celular qual o modelo do seu dispositivo,

em seguida clique na barra de seleção e escolha o seu respectivo modelo de aparelho.

3) Na tela inicial do aplicativo DECO você encontrará o seu ID, uma sequência longa de

dígitos em seguida clique na opção aplicar seleção e então aparecerá mais abaixo uma

lista das imagens dos eventos. O site é atualizado uma vez por dia.

4) Se não possuir um aparelho celular com o sistema Android ou se o seu dispositivo não

detectou nenhum evento poderá escolher os critérios mencionados no item 1, e

também selecione as imagens a partir da lista de eventos disponíveis na base de dados.

Referências

NIEVES, J. M. Cómo convertir el móvel em um detector de rayos cósmicos. ABC. Es Ciencia, 2014.

Disponível em: <http://www.abc.es/ciencia/20141013/abci-como-convertir-movil-detector-

201410130954.html>. Acesso em: 29 de nov. de 2016.

Transforme o celular em detector de raios cósmicos. 2014. Disponível em:

< http://clavedosul.blogspot.com.br/2014/10/transforme-o-celular-em-detector-de.html>. Acesso em:

29 de nov. 2016.

WIPAC-Wis Consin Ice Cube Particle Astrophusics Center. DECO: Distributed Eletrônicos Cosmic-

Ray Observatory Disponível em: http://wipac.wisc.edu/deco. Acesso em 03 de nov. de 2014

APÊNDICE (D) REGISTRO DA ATIVIDADE

EXPERIMENTAL

Nome: ______________________________________________________________

Desenhe no quadro abaixo, os fenômenos identificados durante a atividade

experimental.

APÊNDICE (E): REGISTRO DA ATIVIDADE

EXPERIMENTAL

Nome:__________________________________________________________

Apresente hipóteses da origem e sobre os fenômenos identificados durante a atividade

experimental.

APÊNDICE (F): TEXTO SOBRE A DESCOBERTA DOS RAIOS

CÓSMICOS

Fonte:http://cds.cern.ch/journal/CERNBulletin/2011/18/News%20Articles/1345733.

s Raios Cósmicos são partículas subatômicas extremamente energéticas que

atingem a atmosfera do nosso planeta, vindas de todos os cantos do universo. Em

sua maioria são prótons (90%), partículas alfa (9%) e o restante são núcleos

atômicos pesados.

Partículas vindas do espaço que interagem de várias formas com o nosso planeta,

sendo responsáveis pela formação das Auroras Boreais. Isso acontece devido muitos destas

partículas cósmicas serem provenientes do sol, resultado das suas violentas explosões que

acabam interagindo com o campo magnético terrestre. As partículas entram em contato com

os gases da ionosfera (camada acima de 80 km de altitude) originando o fenômeno.

Os Raios Cósmicos ao atingirem o topo da atmosfera terrestre, em sua grande maioria,

os prótons com velocidade próxima à da luz, possuem elevadas energias, sendo denominados

de Raios Cósmicos primários. Ao interagirem a atmosfera (átomos que a compõem)

produzem novas partículas e outras sofrem decaimento se transformando novamente, assim

são denominadas de Raios Cósmicos secundários. Um único próton incidindo no topo da

atmosfera gera uma reação em cadeia de bilhões de partículas que chegam ao solo em uma

área de até dezenas de km2. O resultado desta interação da radiação primária com a atmosfera

é análogo ao de uma cascata, neste caso, uma cascata de partículas conhecida como Chuveiro

Aéreo Extenso (CAE)

A detecção e descrição da evolução do CAE são costumeiramente realizadas por

detectores e uso de simulações computacionais que auxiliam para a melhor compreensão dos

dados. No Observatório Pierre Auger, considerado um dos principais referências em detecção

de Raios Cósmicos, é utilizado dois tipos de detectores, telescópios de superfícies e

telescópios de fluorescência. Os dados de ambos os detectores são cruzados, dessa forma

elaboram a trajetória e energias das partículas que formam o CAE

O

A câmara de nuvens também se trata de um método usado para detecção de Raios

Cósmicos. Foi desenvolvida em 1911 pelo físico Charles Wilson na Universidade de

Cambridge. A câmara de nuvens trata de um recipiente fechado contendo vapor super-

resfriado de água ou álcool. No qual é condensado em torno da passagem de um feixe de

partículas carregadas, proveniente de Raios Cósmicos. Os traços deixados por essas partículas

são visíveis a olho nu na forma de condensação do vapor em forma líquida, possibilita a

visualização/registro da trajetória que a partícula deixou na linha de condensação

Figura 1: Pósitron, partícula detectada na Câmara de Nuvens.

Fonte: https://www.sprace.org.br/divulgacao/noticias/vendo-particulas-subatomicas

Esse aparato experimental foi o primeiro detector com a capacidade de mostrar os

traços produzidos pelas partículas subatômicas, corroborando na investigação da radiação e

das partículas elementares. Sua grande conquista foi possibilitar a detecção do pósitron (figura

1) em 1932 pelo físico Carl Anderson. Aparato experimental que ainda tem sido utilizado para

pesquisa de partículas elementares, estudo de interações de partículas carregadas com a

matéria e Física Nuclear na atualidade.

.

Referências:

AGUIAR, R. Vendo partículas subatômicas. 2013. SPRACE São Paulo Research and Analysis Center. Disponível em:

<https://www.sprace.org.br/divulgacao/noticias/vendo-particulas-subatomicas.>. Acesso em: 29 de out. de 2016.

BUSTAMANTE, M. C. A descoberta dos raios cósmicos ou o problema da ionização do ar atmosférico. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 35, n. 2, 2013.

Breve Histórico de César Lattes, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas. Disponível em: < http://www.cbpf.br/Staff/Hist_Lat.html >. Acesso em: 02 de nov.

2016.

LAGANÁ, C. Estudo de raios cósmicos utilizando a câmara de nuvens de baixo custo. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 33, n. 3, nov. 2011.

LAGO, B. Estudo dos raios cósmicos galácticos com o observatório Auger. 2007. 67f. Dissertação (Mestrado)- Instituto de Física, Universidade Federal do Rio

de Janeiro, Rio de Janeiro, 2007.

PINHEIRO, L. A. A câmara de nuvens: uma abordagem integrada entre a física clássica e a física moderna. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 32, n. 2, p.

517- 528, 2015.

SARAN, M.C.B. Astrofísica de partículas na sala de aula-uma sequência de ensino e aprendizagem sobre raios cósmicos para o ensino médio. 2012. 131 f.

Dissertação (Mestrado), Universidade de São Carlos, São Paulo, 2012.

STEINKIRCH, M. V. O Modelo Padrão. Instituto de Física da USP. 2010. Disponível em:< http://www.astro.sunysb.edu/steinkirch/reviews/sm07.pdf >. Acesso

em 14 de dez. 2016.

VALE, A. L.; SOUSA, C. M. G. A importância do estudo dos raios cósmicos: o método de detecção do observatório Pierre Auger. Curso de Física da

Universidade Católica de Brasília, DF. Disponível em:

<https://www.ucb.br/sites/100/118/TCC/1%C2%BA2012/AImportandiadsRaiosCosmicosOmetododedete.pdf>. Acesso em: 19 de set. de 2016.

APÊNDICE (G): ETAPAS PARA DESENVOLVIMENTO DO

MÉTODO COOPERATIVO DE APRENDIZAGEM JIGSAW

Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw

1ª etapa: A distribuição dos grupos de base e a função de cada integrante do grupo.

Formação de quatro grupos de alunos e atribuição de uma função para cada integrante: um

redator, um mediador, um relator e um porta-voz.

2ª etapa: Apresentação da pergunta para ser inicialmente discutida entre os integrantes

do grupo de base.

Como detectar as partículas que vêm do espaço?

3ª etapa: Formação de quatro grupos de especialistas, entrega dos textos e perguntas

para a especialização. Pergunta para especialização:

Qual o comportamento característico do fenômeno em estudo? Este

fenômeno foi detectado no experimento?

A formação dos quatro grupos de especialistas (α, β, γ e δ), consiste que cada

integrante do grupo de base se torna um especialista, faça a entrega da subdivisão do artigo

para cada aluno do grupo. Recomenda-se o uso da subdivisão feita por Laganá (2011), no qual

em seu artigo faz uma classificação e análise dos fenômenos presentes no detector de Raios

Cósmicos/Câmara de Nuvens. De tal modo que os alunos do grupo de especialistas α fiquem

com o tópico, Partículas de baixa energia, os especialistas do grupo β fiquem com a

subdivisão, Elétrons de ionização, o grupo de especialistas γ fiquem com o tópico, Prótons, e

os especialistas δ fiquem com a subdivisão, Partículas de alta energia.

4ª etapa: Retorno dos alunos aos grupos de base, socialização dos conteúdos pelos

especialistas e discussão da pergunta inicial pelos alunos e solução para a questão final.

Escolha quatro desenhos distintos e os analise com base nas discussões

dos especialistas. Faça a descrição dos rastros das partículas detectadas.

Qual/quais partícula (s) foi/foram detectada (s)?

5ª etapa: Apresentação oral dos relatores de cada grupo, entrega das respostas dos

grupos a respeito da questão final no formato de um texto com objetivo de sistematizar o

conhecimento.

APÊNDICE (H): QUESTIONÁRIO FINAL

UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS

Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física-UFGD/SBF

Questionário Final

Nome:_____________________________________________________________

Prezado (a),

Este questionário tem por finalidade identificar seu conhecimento a respeito da temática

Radiação Cósmica e obter a sua avaliação sobre a Atividade Experimental Investigativa.

1) Os átomos são as partículas constituintes de toda matéria existente, mas o que

constitui os átomos?

2) Dê exemplos de partículas elementares, como elas estão organizadas no Modelo

Padrão, quais são as interações fundamentais e as suas partículas mediadoras?

3) Descreva sobre os Raios Cósmicos e quais foram as partículas que você observou no

Detector Caseiro de Radiação Cósmica?

4) Relate sobre as atividades desenvolvidas em sala com a temática Radiação Cósmica.

Houve contribuição para sua aprendizagem? Justifique. Destaque os pontos positivos e

negativos destas aulas e dê sua sugestão.