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Relatividade - Ser? que ? tudo relativo?

Autor e Co-autor(es)

Arnoldo Brasilio Filho imagem do usuário

CURITIBA - PR SECRETARIA ESTADUAL DE EDUCA??O

Ros?ngela Menta Mello, Eziquiel Menta

Estrutura Curricular

Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Ensino M?dio F?sica Movimento, varia??es e conserva??es

Dados da Aula

O que o aluno poderá aprender com esta aula

Definir a teoria da relatividade especial de Albert Eisnteim, mostrando aos alunos uma vis?o mais concreta da disciplina de F?sica.

Reconhecer a rela??o  da teoria da relatividade especial  na cinem?tica e no limite cl?ssico, no exemplo do encontro de dois objetos, a f?sica cl?ssica n?o admite altas velocidades, como a da luz, a relatividade ent?o complementa e fornece uma vis?o mais geral, j? que contempla a f?sica cl?ssica e relativ?stica.

Duração das atividades

N?mero de aulas: 01 de 50 minutos

Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

Velocidade, acelera??o, Ondas e ?ptica.

Estratégias e recursos da aula

   

O professor pode iniciar a aula, comentando sobre a teoria da relatividade de Eisntein, citando a frase relacionada no cotidiano com essa teoria, "Tudo ? relativo". A partir deste momento fa?a um pequeno debate sobre o tema, para que o professor possa perceber qual o n?vel de conhecimento que os estudantes possuem sobre o tema, inclusive suas percep??es do senso comum. Desafie-os a pensar e resolver a seguinte quest?o: Existe alguma liga??o da Teoria da Relatividade com fen?menos f?sicos?


  

Ap?s o in?cio da aula, comente sobre a teoria da relatividade, nos curr?culos de F?sica do ensino m?dio, a relatividade raramente faz parte dos assuntos estudados, ou ? deixada para o final da disciplina, e tratada algumas vezes como curiosidade. Trata-se de um teoria muito importante e interessante como objeto de estudo.

Professor, ap?s as discuss?es anteriores, veja qual o maior desafio, a quest?o que mais instiga seus alunos para defin?-la como objeto de estudo da aula. Ela ser? a liga??o da curiosidade de seus aluno como tema proposto.

  

Utilizando este recurso, a seguir, dispon?vel no Portal do Professor em Materiais de Estudo, vamos apresentar a teoria proposta nesta aula.

Na disciplina de F?sica, na cinem?tica, estudamos o movimento dos corpos, com velocidade constante, ou com acelera??o, em que a velocidade varia. Atrav?s das fun??es hor?rias, conseguimos prever em que posi??o um objeto estar? no espa?o, sabendo a sua velocidade. Conseguimos calcular a velocidade relativa entre dois carros, um vindo ao encontro do outro, apenas somando as velocidades.

Os postulados da Relatividade Especial dizem que:

  • Todos os processos da Natureza decorrem igualmente em todos os sistemas inerciais de refer?ncia.

As Leis da F?sica valem para todos os referenciais inerciais
  •   A velocidade da luz ? medida como uma constante em todos os referenciais.
A velocidade da luz ? definida como uma constante no universo, c = 300000km/s. Para velocidades pr?ximas as da luz, as leis da cinem?tica atingem o seu limite cl?ssico, imagine dois objetos, com velocidades pr?ximas a da luz, em um determinado ponto do espa?o eles passam um pelo outro, qual ? a velocidade relativa entre eles ? Na cinem?tica dir?amos que seria duas vezes a velocidade da luz, mas sendo a velocidade da luz  uma constante, isso n?o acontece. A relatividade especial de Einstein n?o invalida a f?sica cl?ssica, mas permite ir al?m, pois ? poss?vel realizar c?lculos e e compreender fen?menos em que as velocidade s?o pr?ximas as da luz.A relatividade especial define energia de uma part?cula como a produto da sua massa pela velocidade da luz ao quadrado, essa ? a equa??o famosa da relatividade e ? expressa algebricamente assim:

E = M.C 2

Com essa equa??o percebemos a grande quantidade de energia existente em uma pequena por??o de mat?ria.

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Paradoxo dos g?meos Imagem dispon?vel em : <http://www.fsc.ufsc.br/~tomazelli/cursos/mgre/twin_paradox.gif> do Departamento de F?sica da Universidade Federal de Santa Catarina, acessado em 01/08/2009.


O paradoxo dos g?meos ? uma antiga quest?o envolvendo a relatividade especial, imagine dois irm?os g?meos, um deles permanece na Terra, e o outro viaja em uma nave espacial capaz de atingir velocidade p?xima a da luz, com a equa??o de contra??o do tempo, observamos que o tempo corre mais lentamente para o g?meo que est? em movimento, quando o irm?o voltar da viagem espacial, o seu irm?o na terra estar? mais velho, assim como todas as pessoas que ele conhecia.

    
Professor, explore o paradoxo dos g?meos com seus alunos. Discuta com eles a teoria e procure relacionar com seus conhecimentos pr?vios do tema. Solicite a eles que anotem as observa??es em seu caderno.



Efisica


Para saber mais sobre relatividade especial, sugira como fonte de pesquisa aos alunos o site do Instituto de F?sica da USP - Ensino de F?sica online, em Livros >  F?sica Moderna > A Teoria da
Relatividade Especial no  Instituto de F?sica da Usp. Dispon?vel em: <http://efisica.if.usp.br/moderna/relatividade/> acessado em 01/08/2009.
       
O site traz a teoria b?sica da relatividade especial, comentando os postulados a as transforma??es causadas por eles na F?sica que conhecemos hoje em dia:


        



A teoria da relatividade especial est? ligada ao conceito de referencial, no v?deo encontrado no site Youtube, os alunos podem compreender esse conceito observando a anima??o criada, relatando a simultaneidade de eventos.

 
Este v?deo ? interessante, vamos analisar os seguintes aspectos:
  • A teoria da relatividade mudou paradigmas. A velocidade limite para qualquer corpo em movimento no universo n?o pode ser superior a da luz.
  • Tempo e espa?o dependem do observador, ou seja, dependem do referencial adotado.


        
 No laborat?rio de inform?tica, pe?a para os alunos, em grupo de 3 estudantes, explorem uma simula??o em que ? poss?vel experimentar um exemplo de dilata??o do tempo, aumentando a velocidade de uma nave espacial at? valores pr?ximos a velocidade da luz, podemos perceber que a diferen?a entre os intervalos de tempo medidos por rel?gios em referenciais diferentes.
 

Professor, sugerimos o seguinte roteiro de an?lise da simula??o. N?o deixe de solicitar aos alunos que anotem em seu caderno.

         1 -  Se o foguete sair do ponto inicial a uma velocidade menor, qual ser? o resultado?
         2 -  Se voc? acionar para aumentar a velocidade do foguete o que acontecer??
         3 - Observe os diferentes rel?gios do simulador e analise os seus movimento.
         4 -  Qual a rela??o entre temp e velocidade?

         5 - Se o mesmo experimento fosse realizado na atmosfera de nosso planeta o que aconteceria?

        
Al?m destas quest?es, os alunos tamb?m podem sugerir v?rias hip?teses antes de usar o s imulador.
Ap?s as atividade pr?ticas, cada grupo apresenta suas observa??es, que devem ser discutidas e analisadas pela turma, confrontando com as hip?teses iniciais.
 
Para complementar esta atividade, voc? pode sugerir a turma que acesse o seguinte arquivo, do X V I SI M P ? S I O NA C I O N A L D E EN S I N O D E F ? S I C A, sobre Influ?ncias da teoria da relatividade na obra de Salvador Dal?.Dispon?vel em:

http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xvi/cd/resumos/T0221-1.pdf,  acessado em 01/08/2009.

Veja que interessante esta ponte com a disciplina de Artes, neste momento o estudante poder? perceber que a f?sica tamb?m esta na arte e em nossa vida. Muitos valores pessoais e conceitos est?o fundamentados em teorias da f?sica.

       




A frase famosa ligada com a relatividade, que diz que: "tudo ? relativo", diz respeito aos referenciais inerciais, e ao contr?rio do que se pode imaginar, n?o se pode dizer que tudo ? relativo, pois o segundo postulado define o valor da velocidade da luz como uma constante, um valor absoluto.

Solicite aos alunos que produzam um texto dissertativo sobre "Ser? que tudo ? relativo?
 
 
 

Vamos propor a turma que pesquisem os usos da teoria da relatividade especial no cotidiano. Como os fisicos e os pesquisadores utilizam esta teoria para o desenvolvimento tecnol?gico? Que sites abordam este tema e como ele ? importante para o estudante do Ensino M?dio. Que quest?es do Enem foram aplicadas esta teoria?


 

Refer?ncias:

F?sica.net. Paradoxo dos g?meos.  dispon?vel em: <http://www.fisica.net/relatividade/paradoxo_dos_gemeos.php> acessado em 01/08/2009.

Instituto de F?sica da USP. Relatividade. Dispon?vel em: <http://efisica.if.usp.br/moderna/relatividade/> acessado em 01/08/2009.

Anima??es de F?sica em Java. Um exemplo de dilata??o do tempo. Dispon?vel em: <http://www.walter-fendt.de/ph11br/timedilation_br.htm> acessado em 01/08/2009.

Youtube. Eintein - Teoria da Relatividade. Dis pon?vel em: <http://www.youtube.com/watch?v=njToAZrphko> acessado em 01/08/2009.

Portal do Professor. 7- Surge a relatividade de Poincar? e Einstein. Dispon?vel em: http://www.on.br/site_edu_dist_2008/site/conteudo/modulo2/7-relatividade_especial/2-teoria-relatividade-especial.htm  acessado em 01/08/2009.

Recursos Complementares

ComCi?ncia. Viagem no tempo: teoricamente poss?vel, tecnicamente invi?vel. Dispon?vel em:http://www.comciencia.br/reportagens/2005/03/04.shtml acessado em 01/08/2009.

Portal do Professor.O sonho de Dal?. Aula dispon?vel em http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=1871 acessado em 01/08/2009.

Avaliação



       
A avalia??o pode ser realizada pelas observa??o do n?vel das quest?es levantadas pela turma, pelas hip?teses sugeridas pelos alunos, suas considera??es ap?s os experimentos e estudos do tema, onde o professor perceber? quando deve retomar alguns conceitos e poder? avan?ar em outros. Tamb?m ser? realiza analisando o conhecimento adquirido ap?s explorar a simula??o e fazer a leitura dos v?deos, atrav?s dos registros do caderno do aluno. A produ??o da disserta??o pode fazer parte da avalia??o formal deste tema. Posteriormente o professor pode organizar uma discuss?o com os alunos, para avaliar o conhecimento e as habilidades adquiridas atrav?s de questionamentos.