Einstein, Relatividade e o Brasil.pdf Aula Para 1 Ano

Teoria da Relatividade Física

Ensino Médio

Material de Apoio Técnico-Pedagógico

Setor de Educação de Jovens e Adultos

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Plano de aula - Sugestão

Objetivos Iniciar uma reflexão sobre alguns aspectos do trabalho do físico alemão

Albert Einstein Refletir sobre o Ano Mundial da Física Conceituar a relatividade dos movimentos e conhecer suas implicações

na Física Conteúdos

Teoria da Relatividade

Habilidades H4 - Interpretar informações presentes em gráficos, tabelas, diagramas, equações e demais formas de representação que expressem fenômenos científicos.

Estratégias 1. (10min) Iniciar a aula formando grupos e distribuir o cartaz do Ano Mundial da Física (página 9 desse material), solicitando que os alunos façam sua análise. Levantar os seguintes questionamentos:

Qual a principal informação apresentada no cartaz?

Quando foi comemorado o Dia Nacional da Física?

Por que 2005 foi escolhido como o Ano Mundial da Física?

Quem é a pessoa que aparece no cartaz? Vocês já ouviram falar dele? (em caso afirmativo, solicitar que expressem as informações)

Sabiam que ele já esteve no Brasil? Imaginam quando foi?

2. (30min) Solicitar que os grupos realizem a leitura do texto “Uma aventura no Brasil” e respondam as perguntas. Auxiliá-los nas respostas das questões 3, 4 e 5.

3. (30min) Discussão sobre o que é a Teoria da Relatividade

Iniciar questionando sobre o significado da palavra teoria1, na Física. Perguntar se já ouviram falar dessa teoria de Einstein. É importante nesse momento relembrar com os alunos a diferença entre velocidade constante, variação da velocidade e aceleração estudados nas aulas 3 e 4, para entenderem a diferença entre a teoria especial e a geral conforme pg 5 do material do aluno.

Questionar os grupos sobre o valor da velocidade da luz que aparece na aula 2 e no complemento matemático 6. É um número muito grande? Muito pequeno? Em termos de comparação: escrever na lousa a velocidade da luz no vácuo que na Física é chamada de c: c = 300.000km/s e a velocidade de um avião supersônico da Nasa: v = 11.000km/h

_____________________________ 1. teoria: conjunto de regras ou leis referentes a determinado tema que podem estar voltados para o conhecimento da realidade.


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Utilizando a página 6 do material do aluno, refletir sobre o que acontece

com um corpo quando se move a uma velocidade próxima à velocidade da luz. Utilizar o exemplo do caminhão.

Refletir sobre o significado das expressões: dilatação do tempo e

contração do espaço conforme pg. 6 do material do aluno.

Pedir que localizem no material a equação de contração do espaço. Solicitar deles que verbalizem cada um dos termos da equação. Caso não consigam, auxiliá-los:

L = comprimento de um corpo que tem velocidade próxima à velocidade

da luz, para um observador vendo esse movimento Lo = comprimento do corpo quando está parado c = velocidade da luz v = velocidade do corpo

4. (15min)

Resolver, com a participação ativa dos alunos, o exercício proposto discutindo o significado do resultado conforme as perguntas na página 7.

5. (5min)

Exibir o vídeo “Relatividade” da série Minuto Científico2 6. 5min

Finalizar a aula chamando a atenção dos alunos para as seguintes ilustrações (páginas 8 e 9): - homenagem do cartunista americano Herblock - capa da revista americana Time - foto de Einstein ao lado de Charles Chaplin

Avaliação: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________ 2. Esse ítem da atividade deverá ser desenvolvido naqueles postos que possuem a fita com os programas da Série Minuto Científico.


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APRESENTAÇÃO

A organização das Nações Unidas declarou 2005 como o Ano Internacional da Física. O motivo principal para essa decisão é a comemoração do centenário do ano em que Albert Einstein (1879 – 1955) publicou seus principais trabalhos. Em 1905, há exatos 100 anos, Einstein , publicou uma série de trabalhos científicos que transformariam o ambiente da Física. No Brasil, foi definido o dia 19 de maio de 2005 como o Dia Nacional da Física ao longo do qual foram realizadas atividades pelos institutos e departamentos de Física de todo o país. Enfatizou-se a importância da Física para o desenvolvimento do país e a necessidade da renovação e melhoria de seu ensino em todos os níveis. Mas não foi apenas por causa das suas descobertas, feitas em 1905, que Einstein aparece associado ao Ano Internacional da Física. Até pelo menos, 1925, época em que visita o Brasil, ele deu grande e decisiva contribuição para o desenvolvimento deste ramo da ciência. A partir de 1919, oportunidade em que sua Teoria da Relatividade Geral foi confirmada empiricamente, ele passou a ser mundialmente conhecido; o seu nome e a sua figura atraíram a atenção de todos, fato que lhe permitiu desfrutar de fama digna de astros da música e do cinema. Tudo isso faz com que não seja exagero afirmar que o nome de Einstein está intimamente associado ao século XX (1901 – 2000). Além de seus resultados científicos mais relevantes no trabalho com a Teoria da Relatividade, também fez importantes contribuições para uma outra parte da Física conhecida como Mecânica Quântica. Apesar de possuir características típicas dos gênios, foi um homem do seu tempo atuante enquanto cidadão, homem político e divulgador da ciência. O século XX foi um período em que a ciência passou a desfrutar de uma relevância sem precedentes. Não se pode, portanto, compreender o século passado sem avaliar o papel da ciência. Acreditamos que relembrar as descobertas de Einstein podem ser excelentes motivos para rever o que aconteceu no século passado, tentar compreender aquilo que nos espera no futuro e refletir sobre a importância dessas descobertas para a humanidade. Pretendemos com esta atividade refletir por que Einstein pode ser considerado o mais importante cientista de todo o século passado, conforme escolha da revista Time (veja fotos em anexo). Para iniciar nossas atividades, apresentamos a seguir um artigo referente à visita de Albert Einstein ao Brasil.


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Uma aventura no Brasil

Em maio de 1925, no auge da popularidade, Albert Einstein passou oito dias no Rio de Janeiro, última escala de uma viagem pela América do Sul que o levou também a Buenos Aires e Montevidéu. O físico já colhia os louros pela conquista do Prêmio Nobel e, antes disso, pelo sucesso experimental de sua teoria da relatividade geral, evento que curiosamente também teve participação brasileira. A seus anfitriões cariocas, cientistas e membros da comunidade judaica ele

deixou a imagem de um homem cordial e sempre disposto a cumprir uma agenda apertada, que incluiu três palestras, almoço com vatapá e visitas ao Pão de Açúcar, ao Observatório Nacional e a vários outros órgãos de pesquisa. No diário em que fazia suas anotações, no entanto, Einstein registrou suas verdadeiras impressões do Brasil. Freqüentemente elas eram bem pouco lisonjeiras. A princípio, Einstein ficou deslumbrado com a natureza do Rio e espantado com sua população. "O Jardim Botânico, bem como a flora de modo geral, supera os sonhos das 1.001 noites. Tudo vive e cresce a olhos vistos. Deliciosa é a mistura étnica nas ruas. Português, índio, negro com todos os cruzamentos", escreveu. Seu humor começou a mudar depois da primeira palestra, no Clube de Engenharia. "Auditório lotado, com barulho da rua. As janelas estavam abertas. A acústica não permitia o entendimento. Pouco científico", anotou. É fácil entender sua ranzinzice. A platéia da palestra era formada por uma maioria de leigos e de famílias inteiras, que observavam Einstein como um espécime raro numa gaiola – o grande gênio europeu da ciência! – mas não tinham a menor idéia do significado de suas teorias. Mais à frente em seu diário, Einstein faz uma espécie de resumo da viagem, comparando a vida no Brasil e na Europa. "O europeu precisa de um estímulo metabólico maior do que o oferecido por esse clima eternamente úmido e quente. Com relação a isso, beleza natural e riqueza são de pouca utilidade. Acho que a vida de um europeu que é escravo do trabalho é ainda mais rica e, acima de tudo, menos nublada e parecida com um sonho". Ao voltar à Alemanha, disparou no diário: "Cheguei da América do Sul. As pessoas lá não têm preconceitos, mas são, em sua maioria, vazias e pouco interessantes". De qualquer maneira, pelo menos um brasileiro deixou uma profunda impressão em Einstein: o marechal Rondon, que ele sugeriu para o Prêmio Nobel da Paz. "Seu trabalho consistiu na integração de tribos indígenas à civilização humana sem o emprego de armas nem qualquer tipo de coerção", justificou. O comitê do Nobel não se sensibilizou com os argumentos. Einstein deixou o Brasil para retornar à Europa no dia 12 de maio de 1925. Sua visita havia influenciado positivamente a pequena comunidade científica brasileira em sua luta pela afirmação da ciência no país. (adaptado a partir de: http://veja.abril.com.br/270705/p_096.html, http://www2.uol.com.br/sciam/conteudo/22/07/05 e Ildeu de Castro Moreira - Einstein X Bohr, o fóton e o Brasil. Revista Ciência e Ambiente n

o 30, jan/jun 2005.)

Einstein (sentado, ao centro) no Observatório

Nacional: "pessoas pouco interessantes"

http://veja.abril.com.br/270705/p_096.html

http://www2.uol.com.br/sciam/conteudo/22/07/05


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Feita a leitura reflita sobre os seguintes pontos: 1. Por quais outros países da América Latina, Einstein passou durante sua viagem? _______________________________________________________________ 2. Que impressões o físico alemão teve do Brasil e do povo brasileiro? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 3. Qual brasileiro Einstein sugeriu para o Prêmio Nobel da Paz? Você já ouviu falar dele? Quem foi ele? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 4. Que movimento artístico estava ocorrendo no Brasil na época da visita do físico alemão? _______________________________________________________________ 5. Que movimento político também ocorria no Brasil nessa mesma época? _______________________________________________________________

A teoria da Relatividade A famosa teoria elaborada por Albert Einstein, chamada de Teoria da Relatividade, possui duas partes. Uma delas chamada de Teoria da Relatividade Especial (veremos na aula 50) que trata, basicamente, das aplicações das leis da Física, quando um corpo se movimenta com velocidade constante em relação a um outro corpo. Já a Teoria da Relatividade Geral refere-se aos sistemas acelerados e, envolve questões relacionadas à gravitação. Vamos entender melhor a Teoria da Relatividade Espacial. No dia a dia, o espaço e o tempo nunca variam: 1metro é 1metro e 1minuto é 1 minuto para todas as pessoas em qualquer lugar do mundo. Einstein propôs uma idéia contrária a essa: o espaço e o tempo variam dependendo da velocidade em que o observador está. Só o que nunca muda é a velocidade da luz. Na aula 2 e no complemento matemático 6 fomos apresentados ao valor da velocidade da luz: 300.000km/s, que também corresponde a 3.000.000.000m/s e também pode ser escrita como 3.108m/s. Observe a situação a seguir que mostra um carro com os faróis acesos e que vem em direção a um guarda parado no acostamento. O guarda, utilizando um aparelho, resolve medir a velocidade do veículo.


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vcaminhão = 80km/h

O motorista lê no velocímetro, a velocidade de 80km/h. O guarda ao medir a velocidade do carro também obterá o valor 80km/h. Caso tenha condições de medir a velocidade da luz que sai dos faróis obterá o valor 300.000km/s. Einstein parte do princípio que a velocidade da luz não muda, ou seja é constante. Ele concluiu que, em velocidades próximas à da luz (300.000km/s) o tempo se dilata e o espaço encolhe? COMO É QUE É? Imagine que o caminhão viaja a uma velocidade próxima à velocidade da luz. O guarda observa esse movimento. Aos poucos, para o guarda, o relógio do caminhoneiro está atrasando. Isso porquê o tempo se dilata dentro do caminhão. Além disso, o guarda vê que o caminhão está menor, o espaço está se comprimindo. Para o motorista do caminhão nada mudou dentro do seu veículo. Ele não percebe o tempo mais lento nem a contração do espaço. Mesmo que o carro conseguisse viajar a 300.000km/s, a luz dos faróis continuaria à sua frente, nos mesmos 300.000km/s. Esse é o ponto central da Relatividade Especial: a velocidade da luz nunca varia, não interessa a velocidade do carro. Vamos entender melhor essa idéia de contração do espaço. Einstein mostrou que caso o caminhão se movimente com uma velocidade v próxima à velocidade da luz, o guarda verá um caminhão com um tamanho menor. O tamanho do caminhão (que chamaremos de L) visto pelo guarda pode ser determinado através da equação apresentada a seguir:

vluz = 300.000km/s

2

2. 1o

vL L

c

Lo = comprimento do caminhão quando está parado

v = velocidade do caminhão c = velocidade da luz no vácuo =

300.000km/s


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6. Quais conteúdos de Matemática podemos perceber que estão presentes nessa equação? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Vamos praticar essa equação: 7. Observe a ilustração abaixo do ônibus espacial Discovery que se dirige para uma estação espacial: ____________________________________________________________________________

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Comparemos os resultados: 8. Tamanho do Discovery para o astronauta que está dentro da nave: ____________ 9. Tamanho do Discovery para um astronauta que, da estação espacial, vê a nave se aproximando: ____________ 10. Os comprimentos são os mesmos? ( ) sim ( ) não Isso é o que chamamos na Teoria da Relatividade de contração do espaço!!

38m

Imagine que o ônibus espacial Discovery que tem, para os astronautas que estão dentro dele, um comprimento de 38m, consiga se movimentar com velocidade de 180.000km/s (o que para os dias de hoje é impossível!). Preencha o quadro abaixo e utilizando a equação de Einstein descubra qual será o comprimento do Discovery para um astronauta na estação espacial que vê a aproximação do ônibus.

L = ? Lo = _ _ _ _ v = _ _ _ _ c = _ _ _ _


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http://www.loc.gov/rr/print/swann/herblock/images/s03494u-th.jpg

É claro que não pára por aí, existem equações para o tempo, para a massa etc. Nosso objetivo aqui é iniciar uma reflexão sobre essa nova visão de mundo que Albert Einstein nos proporcionou. Quando Einstein morreu, um tributo memorável a seu status global veio de um cartunista americano chamado Herblock. Ele desenhou a Terra vista de longe. E ela exibe uma placa que diz: “Albert Einstein morou aqui”


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A seguir apresentamos algumas fotos referentes à vida e ao trabalho de Albert Einstein.

COMENTÁRIOS DOS EXERCÍCIOS

3. Marechal Rondon

Rondon formou-se como professor primário, mas preferiu a carreira militar. Ao entrar para o Exército, sua primeira missão foi integrar o território nacional por meio de linhas telegráficas, do Rio de Janeiro a Mato Grosso. Durante décadas, enquanto fincava postes e estendia fios, fez contatos com os índios, pelos quais tinha grande respeito. Foi criador do Serviço Nacional de Proteção aos Índios; foi elogiado em 1913 pelo Congresso das Raças em Londres, ressaltando que a obra de Rondon deveria ser imitada para honra da Civilização Mundial. Recebeu o título de Civilizador do Sertão, no ano de 1939 pelo IBGE, pelo trabalho realizado junto aos índios. Foi considerado grande chefe pelos índios silvícolas, e pelos civilizados Marechal de Paz. No ano de 1956 Rondon recebeu uma grande homenagem, foi dado ao Território do Guaporé o seu nome, que hoje é denominado Estado de Rondônia. Seu falecimento foi no dia 19 de janeiro do ano de 1958; seu nome completo é Cândido Mariano da Silva Rondon.

ttp://www.time.com/time/covers/0,16641,1101991231,00.html


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4. Modernismo. Vide aulas 24 do curso de História do Brasil e 72 de Língua Portuguesa – ensino médio. 5. Tenentismo. Vide aula 25 do curso de História do Brasil – ensino médio. 6. Subtração, multiplicação, divisão, potenciação e radiciação. 7. Considerando

L = ? Lo = 38m v = 180.000km/s c = 300.000km/s teremos:

8. 38m 9. 30,4m 10. Não.

2

2

2

2

2

2

. 1

180.00038. 1

300.000

180.00038. 1

300.000

38. 1 0,6

38. 1 0,36

38. 0,64

38.0,8

30,4

o

vL L

c

L

L

L

L

L

L

L m

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