Divulgação Científica

• RPG Pedagógico

Como resultado do mestrado de Clayton Dantas de Sá, concluído dentro do programa do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física na UFABC, foi desenvolvido um sistema de regras para RPG pedagógico de forma a estimular o uso deste jogo em sala de aula. O download pode ser feito no link abaixo e inclui, além do sistema de regras, uma aventura desenvolvida para o ensino de conceitos de dinâmica e sistema solar:

NARRATIVA: SISTEMA DE RPG PARA USO ESCOLAR - LIVRO DO PROFESSOR

• Nobel de Física 2015

• Gibi Neutrino!

• Animation of Fermilab's accelerator complex

• Neutrinos in the Classroom

• Observando raios cósmicos através da construção de uma câmara de nuvens

O que são raios cósmicos?

Ao contrário do que se possa pensar, para fora da atmosfera terrestre - no Espaço - não há um vazio absoluto. Nosso planeta sofre constantemente uma espécie de bombardeio de partículas de dimensões subatômicas que atravessam grandes distâncias e que, apesar de seu pequeno tamanho, carregam consigo uma enorme quantidade de energia. Este conjunto de partículas, viajando à alta velocidade (próxima à velocidade da luz), é diagnosticado cientificamente como raios cósmicos.

Os raios cósmicos são compostos por prótons, elétrons e núcleos livres. Prótons e elétrons são subpartículas eletricamente carregadas - os prótons possuem carga +1 e os elétrons, carga -1. Os prótons localizam-se dentro do núcleo dos átomos, enquanto os elétrons orbitam em torno do mesmo, ambos se atraindo por conta de suas diferenças de carga. Como são partículas que fazem parte da estrutura dos átomos [1], podem ser encontradas em toda parte, na matéria comum que nos cerca. O que as torna tão importantes e diferenciadas dentro do contexto da radiação cósmica é justamente a velocidade com a qual viajam e a quantidade de energia com que elas chegam à Terra.

A parte superior do recipiente deve ser umidificada por dentro com álcool volátil à temperatura ambiente (como ilustra a figura acima [2]); sua base, porém, precisa ser resfriada a tal ponto que seja possível haver uma diferença considerável de temperatura em relação ao topo – para isto, geralmente se utiliza uma base metálica preenchida ou envolta em dióxido de carbono em estado sólido, mais conhecido como gelo seco.

A partir destas condições, a dinâmica física que rege o funcionamento da Câmara de Nuvens é relativamente simples de se entender: o álcool à temperatura ambiente na região mais alta da câmara se vaporiza; no entanto, ele volta a se condensar próximo à base; entre estes dois extremos, então, é formada uma região muito instável, na qual o vapor de álcool fica supersaturado - porém ainda não condensado. Nesta área, qualquer pequena perturbação é capaz de desencadear uma formação de gotículas condensadas de álcool – e é justamente isto que é esperado! Quando uma partícula carregada - como um múon - passar pelo interior de uma Câmara de Nuvens operando nestas condições específicas, ela formará íons ao se chocar com as moléculas de ar ali presentes; estes íons serão, então, os pontos em torno dos quais as partículas de álcool em suspensão irão se condensar (figura abaixo [2]). Conforme se formam os íons e, em seguida, o álcool se condensa, é possível observar – sob baixa incidência luminosa - um traço que revelará a trajetória da partícula dentro da câmara!

Esta simplicidade com a qual diversos princípios termodinâmicos são aplicados no funcionamento da Câmara de Nuvens, possibilitando o contato com o mundo subatômico das partículas – um assunto que comumente soa como muito abstrato e complexo – tornaram-na um artefato de demonstração científica muito valioso e versátil; é possível construir versões mais simples da câmara, utilizadas para divulgação científica e em demonstrações básicas nas aulas de Física, assim como versões mais robustas a partir de incrementos feitos em laboratório, que permitam inclusive seu uso intensivo em pesquisas.

Quando acoplada com um gerador de campo magnético, por exemplo, é possível observar a deflexão das partículas ao atravessarem a câmara – este é um comportamento extremamente útil de ser observado e registrado, uma vez que permite a identificação de diversos dados sobre as partículas, como sua velocidade e a existência de possíveis anti-partículas (como ilustrado na figura ao lado [3]).

Fonte: Instituto de Física da UFRGS

Fonte: University of Oxford

Fonte: NOVA

Dicas importantes:

• • Utilize uma base metálica para a câmara: metais são ótimos condutores térmicos e garantem que a parte de baixo dela ficará bem resfriada. É altamente indicado também que esta base seja revestida ou pintada com cor escura, para facilitar a visualização dos traços ionizados;

  • Não utilize álcool comum dentro da Câmara de Nuvens (aquele que pode ser comprado em supermercados). Este dispositivo funciona a partir de uma dinâmica física com proporções muito delicadas – a ionização de partículas suspensas em meio supersaturado -. Para que a supersaturação seja garantida, é necessário utilizar álcool com alto nível de pureza (o álcool de supermercado possui apenas 48% de pureza, enquanto que o recomendado gira em torno de 95%). Recomenda-se o uso de isopropanol (ou álcool isopropílico): caso você não tenha acesso a algum laboratório para consegui-lo puro, é possível encontrá-lo à venda em lojas de produtos eletrônicos;

  • Vários materiais podem ser utilizados para a câmara de visualização (copo, aquário, placa de Petri, etc.), cada um deles com tamanhos diferentes. Você deve ter em mente que, quanto menor o recipiente utilizado, menor será a visibilidade dentro dele, e mais difícil será para enxergar os traços ionizados;

  • É crucial que você consiga vedar bem sua câmara. Caso esteja utilizando um aquário, por exemplo, o ideal é que a base utilizada tenha um formato que se encaixe o melhor possível nas arestas do mesmo. Em outros casos, você pode utilizar silicone para fazer a vedação de frestas (ou da base de seu copo, por exemplo);

  • Ao tentar observar os raios cósmicos, não ilumine a câmara diretamente! Procure um ângulo indireto e uma fonte de luz suave para iluminar indiretamente o fundo da mesma;

  • Ao virar a câmara sobre a base resfriada, aguarde alguns minutos até que você consiga ver uma nuvem de álcool em movimento dentro dela. Se, mesmo depois de meio minuto, você ainda não estiver vendo nada, experimente aquecer o isopropanol antes de despejá-lo dentro da câmara (ou pense em alguma forma de aquecer o próprio fundo da câmara!). Quanto maior a diferença de temperatura entre os extremos do sistema, mais facilmente será atingida a supersaturação e mais duradoura ela será;

  • Verifique se nos laboratórios de sua escola existem fontes radioativas que emitam partículas alfa: se houver, você pode utilizar uma delas para aumentar a chance de ver os traços de partículas em sua câmara!;

  • Cuidado ao manusear o gelo seco e o isopropanol! Evite pegar diretamente com as mãos o gelo seco, pois a temperatura dele é muito baixa, e você pode se queimar. Já o isopropanol é altamente inflamável: não manuseie próximo ao fogo. Utilize equipamentos de segurança (luvas e óculos de proteção) e tenha sempre a companhia de um adulto!

Para saber mais sobre os raios cósmicos:

Suas origens e como chegam à Terra (todos em inglês)

Fonte: Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire - IRSN

Fonte: NASA

Por Raissa Correa