Large Hadron Collider - Sociedade Brasileira de Fí ?· ao conceito abstrato de carga elétrica e campo…

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16 Fsica na Escola, v. 11, n. 2, 2010O LHC ajudando a entender conceitos de eletrosttica

Adata de 19 de maro de 2010marca o dia em que feixes deprtons a 3.5 TeV de energia cir-cularam perfeitamente no LHC (LargeHadron Collider) pela primeira vez. Estafoi a mais alta energia j alcanada emum acelerador de partculas e constituiuum importante passo para o comeo doprograma de investigao do LHC, quepretende chegar a energia de 7 TeV. No dia30 de maro, feixes de 3.5 TeV colidirampara um valor de energia total de 7 TeV,marcando o incio do programa deinvestigao do LHC. Fsicos de partculasde todo o mundo esto ansiosos pela novafsica que comea a surgir a partir de umaenergia trs vezes e meia maior que aanteriormente alcanada em um acele-rador de partculas. O LHC (ver Fig. 1) oacelerador de partculas mais potente domundo e dar lugar maior quantidadede informao nunca antes obtida nou-tro experimento, esperando-se que revelealgumas das grandes incgnitas que estoabertas em reas como a natureza ntimada matria, a criao do universo, a ma-tria escura, a energia escura, partculasexticas, etc.

habitual que nos livros-texto de fsi-ca de Ensino Mdio apaream imagens ouse mencione o CERN para chamar atenodos grandes aparatosutilizados, grandequantidade de cientis-tas colaboradores ouaos experimentos degrande dimenso quenele se levam a cabo.Porm, elas no dei-xam de ser uma sim-ples meno que seresume a um merodetalhe e no pos-suem transcendnciadidtica.

Devido grande repercuso e impor-tncia deste experimento, os professores

Xabier Cid VidalDepartamento de Fsica de Partculas,Universidade de Santiago, Santiago deCompostela, EspanhaE-mail: xcidvidal@gmail.com

Ramn Cid ManzanoInstituto de Ensino Secundario IES deSar, Santiago de Compostela, Espanhae Departamento de Didctica dasCiencias Experimentais, Universidadede Santiago, Santiago de Compostela,EspanhaE-mail: ramon.cid@usc.es

O estudo dos fenmenos eltricos (fundamen-talmente a eletrosttica) nos primeiros nveisdo ensino mdio costuma apresentar dificul-dades, fundamentalmente no que diz respeitoao conceito abstrato de carga eltrica e campoeltrico s unidades utilizadas, equao deCoulomb - na que aparece uma constante queno tal pois depende do meio - e aos exemplospouco motivadores que habitualmente se utili-zam. Neste artigo, apresenta-se uma propostade ensino a qual pretende aproximar alunos ealunas da Electrosttica atravs do LHC (LargeHadron Collider), o mais potente dos acelera-dores de partculas e a maior mquina j cons-truda pela cincia e a tecnologia, mediante arealizao de uma srie de atividades que rela-cionam o LHC com contedos relacionados eletricidade. Graas grande dimenso do expe-rimento e espetacularidade das instalaes,podemos despertar um maior interesse por par-te dos alunos e por tanto uma aprendizagemmais simples e significativa dos conceitos en-volvidos. Ademais, isso permitir aos alunosconhecer de uma forma contextualizada umdos maiores sucessos da cincia e tecnologia dahistria da humanidade, auxiliando-os assimna aquisio de uma verdadeira cultura cient-fica.

de fsica do Ensino Mdio podem aprovei-tar este recurso para abordarem certostpicos tanto da fsica clssica como dafsica moderna. Os autores deste artigotm realizado vrias propostas neste sen-tido para explicar alguns contedos comoo magnetismo [1], a dinmica [2] e a ener-gia [3]. Tambm temos tratado outrosaspectos mais especficos para introduzirao professor tpicos da fsica de partculas,como a luminosidade [4] ou as partculasde Higgs [5]. Tambm fizemos umaaproximao terica que explica o motivode no haver perigo das colises do LHCacabarem com nosso planeta [6]. Reco-lhemos boa parte de todos esses trabalhose muitas outras informaes adicionaisno stio Olhando o LHC mais de perto:http://www.lhc-closer.es [7].

Trata-se, pois, de fazer coincidir doisimportantes objetivos educativos: por umlado, facilitar a aprendizagem significativade conceitos fsicos de um modo contex-tualizado, e, por outro, adquirir conheci-mentos sobre um dos experimentoscientficos mais importantes da histria.

Justificativa terica da estratgia

O ensino da fsica no Ensino Mdioencontra-se na maioria dos casos limitadaao estudo dos conceitos clssicos, sem

abordar os avanos edescobrimentos maisatuais. Repassando astemticas presentes nocurrculo de fsica, po-demos observar que omaior peso recai noperodo anterior aosculo XIX (Galileo,Newton e Boyle, porexemplo) e muitotimidamente apare-cem certas contribui-

es do sculo XX relacionadas basica-mente aos modelos atmicos (Thomson,Planck, Rutherford e Bohr). Estamos

Fsicos de partculas de todo omundo esto ansiosos pela nova

fsica que comea a surgir apartir de uma energia trs vezes

e meia maior que aanteriormente alcanada em umacelerador de partculas. O LHC

o acelerador de partculasmais potente do mundo e darlugar maior quantidade de

informao nunca antes obtidanoutro experimento

17Fsica na Escola, v. 11, n. 2, 2010 O LHC ajudando a entender conceitos de eletrosttica

falando de feitos e logros situados muitolonge no tempo, algo particularmente ne-gativo do ponto de vista dos adolescentes(para os quais, o que aconteceu antes doseu nascimento pr-histria). Se almdisso a apresentao da matria vai acom-panhada dos tradicionais exemplos eproblemas descontextualizados, podemosafirmar que acabamos por ficar presos notempo e os estudantes ficaro atnitosante as imagens televisivas ou notcias jor-nalsticas relacionadas cincia contem-pornea que so apenas mencionadas emaula.

Um professor de fsica deve estarconsciente da direo para a qual se dirigea investigao da sua rea de conheci-mento, para poder por seus alunos emcontato com perspectivas de desenvolvi-mento da fsica atual. Ele tem, portanto,a obrigao de levar aula os avanos eacontecimentos mais atuais.

Vrios estudos [8] evidenciam queexiste um grande desinteresse dos discen-tes face aos estudos cientficos. O ensinousual da cincia o responsvel, junto imagem e valorizao negativa desta e otema do gnero, pela diminuio do n-mero de alunos que cursam o Ensino M-dio, bem como das matrias optativas eem particular pela grande porcentagemde alunos que abandonam a fsica.

O ensino habitual da fsica leva todosestes aspectos em conta, centrando-senaqueles mais conceituais e propeduticosao mesmo tempo que ignora outros que,segundo a investigao em didtica [9],conseguiriam aumentar a motivao nosalunos e seu interesse pelas cincias comum tratamento mais experimental, maiscontextualizado, que ajuda a resolver pro-blemas atuais reais e a responder pergun-tas fundamentais.

Alm disso, a existncia de uma valo-

rizao social negativa da cinciad lugar a que os estudantestenham uma imagem negativa damesma (pouco interessante, difcil,entediante, destinada apenas paraos gnios, etc.) e no caso da fsicaem particular, de suas repercussesperigosas sociedade e ao meioambiente: contaminao,armamentos, energia nuclear, etc.Se a isto somarmos que a presenade mulheres na cincia, ao longoda histria, ainda que existente, foiescassa (embora esta diferenaesteja desaparecendo nos dias dehoje), enfrentamos um problemaainda da visibilidade de suascontribuies ao campo dascincias. O resultado que vimos detudo isto a evaso progressiva por

parte dos alunos, particulamente do sexofeminino, ao estudo das cincias em gerale da fsica em particular [10].

Por tudo o que foi exposto anterior-mente, necessria a utilizao de umrecurso que tome em considerao estasituaao. Com esta ao pretendemos queos professores se comprometam com o co-nhecimento e a docncia de uma parte dafsica importante e atual, conseguindoalm disso que os alunos relacionem a fsi-ca ensinada em sala de aula com aquiloque os fsicos fazem nos dias correntes.Para tanto, o LHC um exemplo perfeitopara estudar conceitos relacionadas comgrandezas eltricas,pois a carga e o campoeltrico so conceitosfundamentais e aspartculas carregadasas protagonistas detodo o experimento.

No estamostratando aqui daquiloque em didtica seentende como umproblema autntico [11], uma vez que osalunos deveriam conhecer suficientementeo experimento. Podemos, no entanto,aproveitar em parte o que eles j sabemsobre conceitos de eletricidade e o que nslhes podemos adiantar sobre o LHC, visan-do formular perguntas que se aproximam tipologia de problema autntico:

Por que no LHC utilizamos part-culas carregadas?

Como geramos estas partculascom carga eltrica?

Como podemos aceler-las? Como fazemos que as partculas,

apesar de se repelirem, fiquem juntas emum feixe?

Como podemos medir a sua quan-tidade com magnitudes conhecidas?

Com o intuito de responder a estasperguntas, e utilizando como elementomotivador a mquina mais complexa dahistria, introduzimos conceitos, magni-tudes, unidades, expresses e procedimen-tos matemticos de maneira a, partindode uma proposta real, chegarmos maisfacilmente aos objetivos que se pretendematingir no Ensino Mdio em relao eletricidade. Naturalmente, os conceitosde carga, partcula (protn ou eletrn) eo conceito de tomo ou on continuamtendo uma componente abstrata comconsequentes dificuldades para alunos emestados cognitivos pouco formais. Porm,conseguiremos, introduzindo-os na for-ma que aqui se apresenta, fazer com quesurjam de maneira mais acessvel e pr-xima.

Por outro lado, evitamos uma estrat-gia mais generalizada quando se pretendeintroduzir uma fsica mais atual. muitocomum que se apresente um novo des-cobrimento ou um feito como sendo algoexcepcional e pouco relacionado aocontedo curricular. Pretendemos, porm,que esta nova abordagem cientfica se tor-ne parte da estratgia didtica de uma for-ma contextualizada e estendida no tempo.

H ainda uma componente educativanada desprezvel relacionada educaode valores. A dimenso internacional dacolaborao mundial no CERN uma dascaractersticas