Programação
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Aqui você encontra uma planilha onde pode inscrever a atividade que você vai desenvolver no sarau, assim como uma breve descrição.
Você pode fazer a atividade em grupo ou sozinho, há um campo para informar isso.
O sarau está próximo, será na terça-feira 4/julho. Por isso, procure preencher antes do nosso encontro da próxima 3a-feira.
Estarei desde as 18h na sala de aula, caso queira conversar sobre o sarau.
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Nossos encontros para conversar sobre a construção de conceitos e teorias da Física através da discussão de textos de alguns homens (ainda não vimos nenhuma mulher...) europeus que participaram desta construção deve se encerrar com um SARAU.
O que é um sarau?
1) definição possível no dicionário: reunião noturna, de finalidade literária.
2) um exemplo de sarau em São Paulo, o Sarau do Binho, nas palavras do idealizador: "O espaço foi um laboratório onde
um foi aprendendo com o outro, a cada
encontro, sempre incentivando os participantes que por ali passavam”....=
O Sarau do Binho é um
encontro que reúne pessoas ligadas a várias linguagens culturais, como poetas, artistas plásticos,
músicos, cineastas, fotógrafos, atores e outros.
Por que sarau em uma "disciplina" de Física?
A Física que nossa humanidade criou surgiu em meio a devaneios sobre a natureza, que se transformaram em observações mais
precisas, em medidas, em modelos, levaram à formação de conceitos (energia é um conceito na linguagem da Física, assim como
cadeira é um conceito na linguagem comum - já pensou nisso?) - independente de sua roupagem racional, a ciência é feita por
apaixonadas e apaixonados pelo conhecimento, pessoas que sonham, imaginam, além de fazer contas e medidas.
Só é possível despertar o gosto pela ciência se o mestre, a professora, o educador... tiver também essa liberdade de pensar.
E nós, físicos dedicados à educação, precisamos aprender e exercitar a liberdade de pensar e criar.
O sarau é essa oportunidade. Vamos?
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Você gosta ou acha interessante conhecer o contexto em que viveram e a vida dos filósofos da ciência que contribuiram para o desenvolvimento da física?
Você pode contribuir no curso, pesquisando e contando para os colegas, em uma fala curta, em algum momento da aula, a estória que pesquisou.
Se gostar da ideia, inscreva-se na planilha https://docs.google.com/spreadsheets/d/1l0E1DpWr9YOclv2ve5F8OJ_aAJzwWqwFPv9rhT_mpQ4/edit#gid=0 . -
A disciplina de Tópicos de História da Física Clássica de 2023 está organizada em torno da discussão de alguns trechos de textos dos filósofos da ciência que contribuíram para a construção das teorias das quatro grandes áreas da Física Clássica.
A participação nas discussões em sala de aula são parte integrante do curso. A avaliação será baseada nesta participação.
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Aqui você pode acompanhar sua participação na disciplina.
Caso note alguma falha na planilha, mande um email para verahenriques@usp.br, com a correção.
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No encontro de 21 de março, vamos discutir os dois textos, de Aristóteles e de Descartes. Para poder discutí0los, vocês devem lê-los antes da aula.
Os dois textos estão separados por séculos, mas ambos tratam do movimento e de sua permanência ou variação.
As questões em arquivo separado são sugestões que podem auxiliar sua leitura.
A primeira leitura certamente causará estranheza e muitas dúvidas, mas também surpresas, pois nos mostra que o "início dos tempos" ou a conservação do movimento são questões que preocupam a humanidade há muito tempo.
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No encontro de 28 de março, vamos discutir outros dois textos, também de Aristóteles e de Descartes, que tratam da descrição do movimento. Para participar da aula, não deixe de lê-los.
Para auxiliar sua leitura, você pode utilizar as questões em anexo.
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Aristóteles descreve matematicamente o movimento - mesmo que de forma muito diferente da atual!
Descartes fala de muitas das características do movimento que nos lembram a descrição de nossos livros didáticos.
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Descartes, apesar do argumento baseado na existência de Deus, propõe a conservação da quantidade de movimento, quantidade que consistiria do produto tamanho e velocidade. Uma grandeza muito próxima daquilo que hoje chamamos de momento linear, embora sem a natureza vetorial. A proposta de Descartes baseia-se na relação inversa entre "tamanho" e velocidade, na transferência de momento linear.
Galileu, que rejeita o pensamento anterior a ele sobre o movimento, propõe-se a descrevê-lo com precisão, e afirma uma relação fixa entre a altura de um plano inclinado e a velocidade alcançada, que deve ser independente da inclinação do plano. Também enuncia relações lineares entre as grandezas que descrevem o movimento com base em argumentos geométricos.
Leibniz se coloca em conflito com Descartes, e afirma que a quantidade conservada no movimento é o produto da massa e da velocidade ao quadrado. Utiliza relação proposta por Galileo.
Euler ignora a discussão sobre conservação, mas deduz duas equações que hoje interpretamos como as equações de conservação de momento linear e de energia mecânica.
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Galileu propõe discutir o movimento do plano inclinado a partir do pêndulo interrompido.
Vejam o texto comentado no arquivo Galileu_dialogos-velocidade-distancia.
Leibniz também discute o movimento de um corpo sob efeito da gravidade, em movimento vertical, apenas.
Euler trata do choque entre dois corpos, em movimento horizontal.
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Vamos desenvolver um pouco mais a compreensão do debate que se travou ao longo de algumas décadas sobre que grandeza do movimento era conservada.
O debate foi longo e envolveu muitos personagens. Não vamos reproduzi-lo, mas vamos criar um debate com base em 4 autores que lemos:
Descartes
Galileu
Leibniz
Euler
Vamos fazer um debate amanhã, durante a aula, em que teremos 4 grupos, para defender as posições de cada um dos quatro autores. Nem todos os autores se preocupam com a conservação. Mas seus trabalhos contribuíram, sem dúvida nenhuma, para o desenvolvimento dos princípios de conservação que utilizamos atualmente.
Preparem-se para o nosso encontro, relendo (ou lendo!) os textos dos 4 autores.
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A teoria do calor, que continuamos a adotar hoje em dia, teve um desenvolvimento muito rápido ao longo de um século - entre o século XVIII e o século XIX.
Desde o início, além do olhar experimental sobre o comportamento macroscópico, surgiam modelos microscópicos, seguindo a longa tradição desde os gregos clássicos, passando por Lucrecio, no século anterior ao da era cristã.
Relatos de experimentos e tabelas numéricas, propostas de relações matemáticas entre as grandezas mensuradas, a busca de precisão na definição dos conceitos, a imaginação sobre o invisível e até a construção de relações matemáticas a partir dos modelos atômicos, a busca de compreensão teórica dos limites das máquinas térmicas e a noção de que a energia e a matéria possuem uma tendência natural para a desorganização - estas foram as construções deste século que viu, também a revolução industrial que atingiu em cheio a população europeia, por um lado, e do resto do planeta, por outro, através da expansão da colonização, facilitada pelo deslocamento de barcos a vapor.
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Lucrecio, romano do século I antes de Cristo, vê num raio de Sol um sem número de partículas em movimento constante.
Black, 18 séculos depois, nos apresenta discussões sobre a natureza do calor, com propostas diferentes de ingleses ou alemâes e franceses.
E, ainda, o que nos parece "óbvio" hoje, que é o calor que "se move", seja no aquecimento ou no resfriamento, não era consenso no século XVIII.
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Aqui vocês devem registrar sua visão do debate realizado em sala de aula, a partir dos textos de Lucrecio e Black.
Seu registro pode incluir, claro, aspectos que você pensou, mas que não estiveram no debate em sala.
Você deve escolher um dos 4 debates propostos, mas do qual não tenha participado.
A tarefa ficará aberta até domingo, 30 de abril.
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Boyle, um irlandês e fazendeiro do século XVIII, compara o ar a um monte de lã, em suas propriedades elásticas, e propõe, a partir de um experimento cuidadoso, que pressão e volume do ar seriam inversamente proporcionais.
Mayer, mais de 70 anos depois, já no século XVIII, reflete sobre as transformações de energia e identifica a propriedade do calor de produzir movimento como uma indicação de que o calor seria uma forma de energia. Para comparar as formas de medida de calor e de energia, usa um experimento com ar e utiliza uma relação entre volume e temperatura estabelecida por Gay-Lussac, nascido poucos anos depois do experimento de Boyle.
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Aqui vocês devem:
- postar a foto do trabalho desenvolvido em aula (apenas um do grupo pode postar, incluindo os nomes de todos os integrantes do grupo)
- postar o seu próprio comentário (individual)
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Carnot quis desenvolver, para as máquinas térmicas, em que trabalho mecânico é produzido a partir do calor, ideias semelhantes às que seu pai havia desenvolvido para as máquinas mecânicas: como desperdiçar o mínimo de calor e produzir o máximo de trabalho?
Para Carnot, era o calórico atravessando a máquina que produzia o trabalho. Para ele, não existia a 1a lei da Termodinâmica. Por isso, não foi ele que descreveu matematicamente o ciclo que hoje tem seu nome.
Clausius, alguns anos mais tarde, busca uma matemática que possa descrever todos os processos que ocorrem na máquina de Carnot. Depara-se com duas questões que considera importantes: a irreversibilidade dos processos reais e o papel das moléculas do gás em etapas isotérmicas do ciclo.
As perguntas em anexo podem auxiliar a compreender o texto de Carnot e parte do texto de Clausius.
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Clausius criou o conceito de entropia e inventou o termo para este conceito. Clausius, desde o princípio, pensava no papel dos átomos.
No entanto, no curso básico de Física, as descrições microscópica e macroscópica costumam ser ensinadas separadamente. Para compreender a forma como Clausius apresentou o conceito, é interessante olhar para o conceito de forma integrada, ou seja, pensando nas grandezas macroscópicas, como volume e temperatura, e, paralelamente, nas grandezas microscópicas, como posições e velocidades das moléculas.
No texto em anexo, você pode recordar noções de termoestatística a respeito das entropias de Clausius ("macrospica" entre aspas) e de Boltzmann e inteirar-se de uma relação simples entre elas.
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Aprendemos, nos textos básicos de Física, que a entropia termodinâmica, ou macroscópica, pode ser definida matematicamente em termos de sua variação, que seria igual à calor absorvido sobre temperatura absoluta, delta S = Q/T. Qual o significado físico deste conceito?
Também aprendemos nos textos básicos, que a entropia de Boltzmann, para um sistema qualquer, é dada em termos do logaritmo do número de estados microscópicos (ou seja, das moléculas) possíveis para aquele sistema, nas condições termodinâmicas dadas. S = k ln (omega).
Qual a relação entre o dois conceitos? Qual o significado da entropia termodinâmica?
Os textos originais de Clausius podem nos ajudar. Clausius sempre pensou do ponto de vista molecular. O calor provocaria a "desagregação" das moléculas, seu distanciamento entre si. Esta "desagregação" faz parte da entropia termodinâmica de um gás ideal, dada por dS=dE/T+nRdV/V. O último termo corresponde à variação de "desagregação" de Clausius. E com a variação do número de estados microscópicos ou moleculares associados às suas posições.
No arquivo em anexo, vocês vão encontrar questões para auxiliar a leitura do texto de Clausius de 1862.
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Faça uma redação sobre esta tema, contanto o que você aprendeu de novo com este nosso estudo de Clausius.
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Huygens descreve a propagação do som em termos de ondas mecânicas, em analogia à propagação do movimento em choques entre bolas de bilhar. Newton rejeita a proposta, pois a luz "não dobra esquinas", e propõe uma natureza de partículas de diferentes "forças" para as diferentes cores.
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As propriedades da luz já eram reconhecidas: origem em fonte luminosa, independência dos raios, reflexão, refração, birrefringência. Somente a difração será descoberta por Newton.
Como é que os modelos de Huygens e Newton explicavam essas propriedades?
E afinal, segundo a teoria contemporânea, qual dos dois tinha razão?
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Na Europa, os experimentos que levaram à construção da teoria eletromagnética foram realizados ao longo de dois séculos, entre 1600 e 1800.
Sabemos pouco das realizações no Oriente. Há o trabalho de Needham, a respeito dos conhecimentos chineses (https://en.wikipedia.org/wiki/Science_and_Civilisation_in_China). A Ciência não se desenvolveu somente na Europa, é preciso ter isso em mente.
Nosso próximo encontro será no Laboratório de Demonstrações (no subsolo). Vamos ver experimentos semelhantes aos descritos nos textos em anexo, por Gilbert, Von Guericke, DuFay, Gray, Oersted, Ampère e Faraday.
Os textos descrevem os experimentos e propõem interpretações.
Gilbert destaca a importância de separar a atração magnética da elétrica. E identifica a Terra como um grande ímã.
Von Guericke descreve a atração entre uma bola de enxofre e diferentes materiais, que, no contato, passam a se repelir.
DuFay descreve dois tipos de eletrização, vítrea ou resinosa, através de efeitos de atração ou repulsão. Identifica o que mais tarde identificaremos como materiais que cedem elétrons, sob atrito, e materiais que capturam elétrons, sob atrito.
Gray descobre a possível fluidez da eletricidade. A corrente elétrica, que tomamos como "óbvia", não era conhecida....
Oersted, mais conhecido, descobre efeitos magnéticos da corrente elétrica, que denomina de "conflito elétrico". As orientações da agulha da bússola são descritas por ele em termos dos pontos cardeais!
Faraday, buscando uma simetria entre os campos elétrico e magnético, busca durante anos o efeito elétrico do campo magnético. Sua descoberta é narrada em detalhes, sobre o pequeno efeito que percebe ao ligar a eletricidade a uma bobina de comprimento específico, enrolada junto com outra bobina ligada a um galvanômetro.
A aula no laboratório será muito enriquecida se houver uma leitura prévia dos textos. Se necessário, continuaremos a discussão sobre as leituras na aula seguinte.
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Coloquem aqui o trabalho desenvolvido em classe, identificando os diferentes membros da equipe.
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Faraday se debruçou sobre centenas de experimentos, mas, também, desenvolveu teoria. Seu artigo "Sobre o caráter físico de linhas de campo magnético" é um artigo em que propõe a ideia de um campo magnético com materialidade físico, uma espécie de corrente do vácuo de forças magnéticas.
Aqui vocês encontram o texto completo, em inglês, como também a tradução de pequenos trechos.
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Algumas pessoas gostariam de postar suas reflexões, por isso abri esse espaço.
Mas isso é opcional!
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Maxwell reconhece as ideias de campo de Faraday como ideias matemáticas em linguagem diferente da usual.
Discute essas ideias da relação entre corpos em estado elétrico ou magnético e o meio material do entorno, capaz de se distender elasticamente ou de se mover, de apresentar energia cinética e potencial, como a matéria comum. Traduz essas ideias na matemática conhecida e constrói um conjunto de equações que, mais tarde, serão sintetizadas no que conhecemos como equações de Maxwell.
Em um segundo momento, Maxwell mostra que suas equações podem levar a uma equação de onda, cuja velocidade dependeria das constantes magnética e elétrica. O número produzido era muito próximo da própria velocidade da luz! Não poderia ser coincidência. Maxwell aventa a hipótese de que a luz seria constituída de ondas eletromagnéticas.
Aqui vocês encontram dois trechos de textos de Maxwell que discutiremos em aula.
Para a aula, trabalharemos com uma seleção de alguns pontos abordados por Maxwell nesses textos.
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