Programação do Curso de Física
A Mostra de Física & Astronomia da UFES é um evento científico-cultural tradicional no estado do Espírito Santo e acontece anualmente desde 1997. A Mostra consiste na apresentação de conceitos científicos através da interação dos expectadores com experimentos desenvolvidos por estudantes do curso de licenciatura em física. Os visitantes têm a oportunidade de vivenciar a construção do conhecimento científico corroborado pela observação experimental. Os experimentos e as exibições que acontecem durante a mostra são organizados tradicionalmente em temas relativos às áreas do conhecimento na física, sendo distribuídas em salas, i.e., mecânica, eletromagnetismo, ótica, etc. A atividade central da mostra consiste na visitação da exposição, que é por sua vez, interativa e conta para isso com a participação dos estudantes de graduação como monitores e guias. Neste ano a Mostra de Física & Astronomia busca correlacionar as aplicações tecnológicas com conceitos Físicos de forma multidisciplinar e tranversal, também mostra os impactos destes na sociedade e sua influência para o desenvolvimento do Brasil.
Visitação à sala de mecânica clássica, vibrações e ondas.
A mecânica clássica aborda problemas relativos ao movimento dos corpos em uma escala de energia que nos é, como seres humanos, perceptível sensorialmente. Nesta sala o visitante é convidado a descobrir as ideias principais de Isaac Newton que efetivamente serviram de base para o desenvolvimento subsequente. Serão então abordados, através de experimentos, alguns conceitos centrais da mecânica newtoniana: o conceito de força e pressão, as leis de conservação da energia, do momento linear e do momento angular. Os conceitos de mecânica clássica também podem ser aplicados aos corpos contínuos e fluidos o que leva ao entendimento de que nesse cenário, o movimento ocorre a partir do que chamamos de ondas mecânicas. Nesta sala também serão apresentados fenômenos ondulatórios em meios materiais tendo em vista o entendimento de que as partículas que formam o meio, quando sujeitas a vibrações, podem realizar fenômenos coletivos como a interferência.
- A ideia da força em física será discutida através de um sistema de polias que permitirá ao visitante perceber a robustez deste conceito inventado por Newton. Neste experimento interativo teremos três sistemas de polias distintos, ou seja, com combinações diferentes de polias móveis e fixas. O visitante poderá interagir com cada um dos sistemas e verificar que a força necessária para levantar o mesmo objeto será diferente.
- Ainda sobre a ideia de força, abordaremos o conceito de pressão. Este conceito será trabalhado a partir de um curioso experimento chamado de “cama do Faquir” que consiste de uma cama de madeira perfurada por pregos cujas pontas ficam expostas sendo possível que uma pessoa sente-se ou deite-se nessa estrutura sem se ferir. Por se tratar de um experimento com algum potencial de perigo para o público, ele deverá ser demonstrativo, sendo conduzido por um monitor da mostra.
- A ideia da conservação da energia será testada pelo visitante a partir de dois experimentos simples. Em um primeiro, ele será convidado a permanecer imóvel enquanto um enorme pêndulo feito com uma bola de boliche que foi liberado a partir de seu nariz completar uma oscilação. Seguindo o teorema trabalho-energia cinética, o pêndulo deverá voltar exatamente para o ponto em que foi solto ou nem ao menos chegar nele; ou seja, o visitante que confiar nas leis da física poderá se manter firme em sua posição, apesar do instinto de chegar para trás. Em um segundo experimento o estudante verá como rampas com diferentes formatos podem conduzir esferas que rolam sobre elas de uma altura a outra de maneiras distintas a partir da distribuição da energia mecânica idêntica nos dois casos em diferentes quantidades de energia cinética e potencial associado ao peso dos objetos.
- O sistema conhecido como de pêndulos de Newton (em inglês, Newton 's cradle) consiste de um conjunto de esferas presas por cabos que podem interagir umas com as outras por meio da colisão. Esse sistema permite investigar a lei da conservação do momento em uma dimensão de maneira interativa com o visitante que poderá ficar à vontade para puxar e soltar quantos pêndulos quiser para verificar o que lhe será apresentado a respeito dessa lei de conservação.
- Para apresentar ao visitante o conceito de momento angular e de inércia, ele será convidado a sentar-se em uma cadeira giratória segurando halteres, um em cada mão e, a medida que está em curso o giro, alternando a abertura dos braços, poderá sentir os efeitos da lei de conservação do momento angular.
Os conceitos de mecânica clássica também podem ser aplicados aos corpos contínuos e fluidos o que leva ao entendimento de que nesse cenário, o movimento ocorre a partir do que chamamos de ondas mecânicas. Nesta sala também serão apresentados fenômenos ondulatórios em meios materiais tendo em vista o entendimento de que as partículas que formam o meio, quando sujeitas a vibrações, podem realizar fenômenos coletivos como a interferência.
- Para visualizar as ondas transversais uma corda será colocada em vibração por meio de um motor elétrico e simultaneamente, em um ambiente escuro, uma luz estroboscópica será acionada com a mesma frequência utilizada para a corda. Isso permitirá a visualização de uma situação estacionária da onda transversal. Por meio desse recurso visual, pode-se mostrar ao visitante claramente o conceito de comprimento de onda.
- Os fenômenos de interferência serão apresentados através do experimento conhecido como “cuba de ondas”. Neste experimento uma cuba contendo água e pivôs vibrantes é colocada sobre um retroprojetor. O movimento das ondas produzidas pela vibração dos pivos pode ser visualizado a partir da projeção em uma parede e em particular, neste experimento, será apresentada a possibilidade de interferência entre as ondas produzidas por cada pivot.
- O fenômeno da interferência e ressonânica também será observado no caso das ondas longitudinais sonoras, com a utilização de um conjunto de diapasões.
- A física do vôo: quando o Brasil decolou: teremos nessa sala um experimento utilizando um canhão de ar para discussão da aerodinâmica e da física do vôo.
As ondas mecânicas não são o único tipo de onda existente na natureza, existem também as chamadas ondas eletromagnéticas e elas são parte essencial em nossas vidas: a luz, por exemplo, é uma onda eletromagnética, cuja frequência encontra-se no espectro visível para os seres humanos. Os fenômenos da luz sempre fascinaram a humanidade não só quanto aos aspectos físicos mas também pelo fato de que a contraposição entre luz e sombra e a percepção das cores nos permitiram desenvolver a arte como um elemento bastante particular da nossa civilização. A partir das descobertas feitas por Maxwell relacionando a luz aos fenômenos eletromagnéticos pudemos avançar significativamente do ponto de vista tecnológico. O visitante também será apresentado a fenômenos envolvendo a luz que permitem observar uma componente importante de sua natureza, a saber, o seu caráter dual entre onda e partícula.
- Os fenômenos de reflexão e refração da luz em meios materiais são conhecidos desde tempos remotos e em sua formulação mais recente podem ser descritos a partir da lei de Snell. O visitante da mostra de física poderá observar a lei de Snell em ação no contexto de dois experimentos complementares. Em um primeiro momento, com a utilização de um aquário transparente com água, em uma sala escura, será mostrado que a luz emitida por um laser, e portanto, um feixe de luz, tem a sua trajetória desviada quando passa de um meio (o ar) para outro (a água). Em um segundo experimento, a água será substituída por outro meio material, com diferentes propriedades ópticas definidas, por exemplo, por sua densidade. Finalmente, o visitante será convidado a apreciar o caso em que este segundo meio material tem uma densidade variável, i.e., que depende da altura, por exemplo, em uma mistura de água e açúcar deixada em repouso. Isso fará com que a trajetória do feixe seja alterada continuamente fazendo com que ele ande em um caminho curvo.
- O fato de a luz se propagar como uma onda eletromagnética implica, entre outras coisas, que ela deve passar, como as ondas mecânicas, por processos de interferência. Um tal processo pode ser observado se um laser for direcionado para um obstáculo com dimensões compatíveis, por exemplo, da ordem de um fio de cabelo. Isso produz, em um anteparo, um padrão de interferência típico daquele observado para ondas mecânicas, já presenciado pelo visitante que poderá portanto agora se convencer do caráter ondulatório da luz.
- Com a consolidação da teoria de Maxwell do eletromagnetismo permitiu avanços não somente no desenvolvimento da nossa tecnologia até então baseada na termodinâmica, mas também abriu enormemente as perspectivas para o que veio a ser conhecido como física de partículas elementares. Na mostra de física o visitante terá contato com o mundo das partículas elementares através de uma câmara de Wilson.
- O fenômeno da percepção das cores é além de fantástico sensorialmente falando, também revelador do ponto de vista da natureza da luz. Através da realização do experimento conhecido como “disco de Newton”, o visitante será apresentado à ideia de que a luz é, em geral, o resultado de uma composição de ondas de diferentes comprimentos. Com isso, será ainda o visitante convidado a pensar, por meio dessa informação, como obtemos resposta a respeito da composição material das coisas tanto em laboratório quanto, por exemplo, da composição de planetas ou estrelas pelo espaço; o visitante será apresentado à ideia da espectroscopia.
Visitação à sala de eletromagnetismo
Os fenômenos eletromagnéticos, além de visualmente fascinantes, estão atualmente integrados de maneira tão profunda em nosso cotidiano que raramente nos damos conta de sua complexidade. Na sala de eletromagnetismo o visitante será convidado a pensar sobre o mundo invisível que nos rodeia e perceber os efeitos resultantes do que acontece em nível atômico. Serão apresentados nesta sala experimentos para tratar dos conceitos de carga elétrica, campos elétricos e magnéticos, indução eletromagnética e ondas eletromagnéticas.
- A ideia de carga elétrica é altamente não trivial e surgiu a partir da observação dos chamados raios catódicos. Uma vez estabelecida, podemos visualizar as consequências da sua existência conforme previstas pela Lei de Coulomb em diversas situações cotidianas, inclusive, nos processos conhecidos como de eletrização. Na mostra de física o conceito de carga elétrica será demonstrado através de dois experimentos. O primeiro conhecido como “sinos de Franklin”, que consiste em um pêndulo metálico cujo movimento se deve à repulsão eletrostática estabelecida com outros objetos de metal colocados ao seu redor. O segundo experimento é bastante interativo: o gerador de Van der Graaff. Nele o visitante sentirá em seus cabelos o fenômeno da eletrização.
- A ideia de campos elétrico e magnético foi fundamental para todo o desenvolvimento da física moderna e sem ela não teríamos sido capazes de compreender a natureza dos fenômenos eletromagnéticos e o consequente desenvolvimento de novas tecnologias. Este conceito pode ser visualizado a partir de limalhas de ferro dispostas em bandejas de acrílico transparente com o auxílio de pontas carregadas eletricamente e imãs magnéticos. Para além da visualização, o visitante poderá também de certa maneira sentir a existência desses campos como o faz para o campo de gravitação, ao segurar, entre duas chamadas bobinas de Helmholtz, um ímã de neodímio, que deverá entrar em vibração.
- Um grande passo no entendimento da natureza do eletromagnetismo bem como na construção de uma ferramenta crucial para o desenvolvimento social através da tecnologia foi a descoberta, por Michael Faraday, do fenômeno da indução eletromagnética que permitiu a construção do motor elétrico. O visitante será convidado a observar uma réplica do experimento feito por Faraday que permitiu a observação da indução eletromagnética bem como entender os fundamentos do funcionamento de um motor.
- Se por um lado as cargas elétricas são capazes de produzir campos elétricos e consequentemente forças elétricas, não se pode dizer o mesmo para a origem da força magnética que, apesar dos esforços para se tentar observar na Natureza uma carga análoga, não são aparentemente geradas por esse tipo de fonte. São, entretanto, produzidas entre outras coisas a partir do movimento das cargas elétricas em correntes. O surgimento de força magnética induzida por uma corrente elétrica pode ser observado no famoso experimento de Oersted, que será replicado para a apreciação do visitante da mostra.
- A chamada física moderna tem início com a previsão teórica de James Maxwell e a consequente demonstração experimental realizada por Hertz de que a luz são ondas eletromagnéticas. A existência dessas ondas será discutida a partir do experimento conhecido como “gaiola de Faraday” que permite aplicar as ideias da eletricidade a “entes invisíveis” que são as ondas que transmitem informações como as de rádio, permitindo ao visitante evidenciar o seu caráter eletromagnético.
- A primeira transmissão de ondas de rádio, um tipo de onda eletromagnética, foi feita pelo brasileiro Roberto Landell de Moura. O visitante da Mostra de Física será convidado a conhecer essa história bem como poderá entender o funcionamento deste importantíssimo equipamento que pode ser construído de maneira bastante rudimentar.
Visitação à sala de Luz e Sombras
Tudo que vemos e tudo que é detectado por aparelhos ópticos, como microscópios, telescópios e outros, depende da chegada de radiação eletromagnética a um detector. Esse detector pode ser a retina de nossos olhos ou um sensor, como nos celulares ou câmeras fotográficas. Mais que isso, as cores que vemos e as diferentes nuances que identificamos não são propriedades dos corpos, mas sim o resultado de uma interação entre a luz que os ilumina e aquilo que os corpos são capazes de refletir. Características da luz emitida, da luz absorvida e da luz refletida nos permitem também identificar desde as composições das estrelas, por meio de telescópios especializados, até a presença de queimadas e o índice de desmatamento na Amazônia ou na Mata Atlântica, por meio de satélites que miram a superfície da Terra. Luzes e sombras ajudam a moldar nosso jeito de pensar, nossa relação com a arte e nossa percepção do universo. Nesta sala, o visitante é convidado a experimentar os fascinantes fenômenos de emissão, absorção, transmissão e reflexão do espectro visível da luz e suas possíveis sombras.
Visitação à sala de Plasma
Acredita-se agora que o universo é composto por 69% de energia escura, 27% de matéria escura e 1% de matéria normal. Tudo o que podemos ver no céu é a parte da matéria normal que está no estado de plasma, emitindo radiação. O plasma na física, que não deve ser confundido com o plasma sanguíneo, é um gás “ionizado” no qual pelo menos um dos elétrons de um átomo foi libertado, deixando um núcleo carregado positivamente, chamado íon. Às vezes, o plasma é chamado de “quarto estado da matéria”. Quando um sólido é aquecido, ele se torna líquido. O aquecimento de um líquido o transforma em gás. Após aquecimento adicional, o gás é ionizado em plasma. Como o plasma é feito de íons e elétrons, que são carregados, os campos elétricos são desenfreados por toda parte, e as partículas “colidem” não apenas quando se chocam umas com as outras, mas mesmo a uma distância onde podem sentir seus campos elétricos.
O plasma geralmente existe apenas no vácuo. Caso contrário, o ar resfriará o plasma de modo que os íons e os elétrons se recombinarão em átomos neutros normais. No laboratório, precisamos bombear o ar para fora de uma câmara de vácuo. No vácuo do espaço, porém, grande parte do gás está no estado de plasma, e podemos vê-lo. Interiores e atmosferas estelares, nebulosas gasosas e galáxias inteiras podem ser vistos porque estão no estado de plasma. Na Terra, contudo, a nossa atmosfera limita a nossa experiência com plasmas a alguns exemplos: o brilho de um relâmpago, o brilho suave da Aurora Boreal, a luz de um tubo fluorescente ou os pixels de uma TV de plasma. Vivemos numa pequena parte do universo onde os plasmas não ocorrem naturalmente; caso contrário, não estaríamos vivos.
- Plasma como o quarto estado da matéria
Do ponto de vista científico, a matéria no universo conhecido é frequentemente classificada em termos de quatro estados: sólido, líquido, gasoso e plasma. A distinção básica entre sólidos, líquidos e gases reside na diferença entre a força das ligações que mantêm unidas as partículas constituintes. Estas forças de ligação são relativamente fortes no estado sólido, fracas no líquido e essencialmente quase ausentes no estado gasoso. O fato de uma determinada substância ser encontrada em um desses estados depende da energia cinética aleatória (energia térmica) de seus átomos ou moléculas, ou seja, de sua temperatura. O equilíbrio entre a energia térmica desta partícula e as forças de ligação interpartículas determina o estado.
- O Sol e sua atmosfera
O sol, que é a nossa estrela mais próxima é a responsável pela existência de vida na Terra, é um fenômeno de plasma. Sua produção de energia é derivada de reações de fusão termonuclear de prótons formando íons de hélio nas profundezas de seu interior, onde as temperaturas excedem 1,2 x 107 K. A alta temperatura do seu interior e as consequentes reações termonucleares mantêm todo o Sol gasoso. Devido à sua grande massa (2 x 1030 kg), a força gravitacional do Sol é suficiente para impedir a fuga de todas as partículas, exceto as mais energéticas e, claro, a radiação do plasma solar quente.
A sala de Plasma deverá conter experimentos interativos para os diversos tipos de plasmas frios que são usados em aplicações tecnológicas:
– Plasma Dark ou Escuro – Motor iônico;
– Efeito Corona – Descarga luminescente que acontece só em um eletrodo;
– Efeito Kirlian
– Descarga Glow ou Névoa;
– Descarga Glow com gases diferentes mostrando que o espectro de luz emitido depende das transições eletrônicas de cada elemento químico;
– Tubo de Crooks – A descoberta do elétron, interação elétron com campo magnético e lente magnética;
– Descarga Glow Anormal;
– Descarga intermediária, conhecida como Gliding Arc (Arco deslizante)– Começa no regime de arco e migra para o regime Glow;
– Gliding Arc: com corrente alternada; com corrente contínua e campo magnético; e baixa pressão;
– Plasma em disco – Interação um arco elétrico com um campo magnético;
– Tesla cantante;
– Plasma Térmico – Regime de Arco – Gerador Marx,permite obter altas tensões contínuas a partir de uma fonte de baixa tensão contínua;
– Confinamento de um plasma Glow por parede fria;
– Confinamento de um plasma quente por campo magnético - Tokamak
Visitação à sala de Astrofísica e Cosmologia
De onde viemos? Pra onde vamos? O que está nos confins do espaço? Através de demonstrações conceituais vamos aprender sobre as leis que governam o nosso universo e discutir como entendemos o seu funcionamento.
Sistema Solar de Bolso
Supernova
A Natureza do Espaço e do Tempo
Links que possam interessar:
O Tamanho das Estrelas:
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O Início de Tudo - O Big Bang:
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Buracos Negros:
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Legendas em português disponíveis
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Planetário de Vitória
Sessões especiais durante a programação da Mostra de Profissões da UFES:
Datas: Todos os dias da Mostra.
Informações: https://planetariodevitoria.ufes.br/
Duração de cada sessão: aproximadamente 1 hora.
Aberto ao público com lotação máxima de 50 pessoas por sessão.
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Show de Física
O Show de Física da UFES é uma apresentação de experimentos de mecânica, termodinâmica, ondas e magnetismo, em estilo teatral. É conduzido por dois locutores dialogando entre si e promovendo uma interação da plateia com os experimentos. O objetivo é despertar a curiosidade dos participantes para o entendimento dos fenômenos físicos apresentados durante o Show. As apresentações possuem duração de uma hora. Mais detalhes em www.showdefisica.org (link is external).
Local: Auditório do Centro de Ciências Exatas da UFES, Campus de Goiabeiras, Vitória-ES.
Informações: https://showdefisica.ufes.br/sobre
Horários: 10h30 até 12:00h e 14h30h até 16:00h
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Área externa
Espelhos de som
Lançando flechas: como alcançar o mais longe possível
Catapulta Trebuchet
Parafuso de Arquimedes
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