O documento discute o uso do Grande Acelerador de Hádrons (LHC) como um tema estruturador para ensinar física básica no ensino médio. O LHC é apresentado como um tópico atual e amplo que permite abordar diversos conceitos físicos, como eletromagnetismo, dinâmica de colisões e termodinâmica. Uma proposta é desenvolvida dividida em unidades didáticas que exploram esses tópicos relacionando-os ao funcionamento do LHC.

1. Temas Estruturadores na Física: como usar o LHC para ensinar Física Básica Prof. Dr. Luiz Fernando Mackedanz – FURG [email_address] Semana Acadêmica Lic. Física/UFPel 2010 11 de maio de 2010

2. O LHC e o Ensino de Física

3. Temas Estruturadores – o que são? Os PCN+ da Física Por que usar um tema tão avançado? A abordagem CTS na Física Proposta – o LHC como tema estruturador O que é o LHC? Para que serve? Física nos aceleradores de partículas – somente FMC? Como incluir Física Básica a partir do LHC? Assuntos tratados ( e outros mais...) Conclusões

4. Antes de apresentar conteúdo e cobrar exercícios, de forma preparatória para o vestibular, a Física no Ensino Médio deve desenvolver HABILIDADES e COMPETÊNCIAS nos estudantes, desenvolvendo-os conceitual e matematicamente, através de aplicações da Física no cotidiano. O objetivo da escola, no Ensino Médio, deve estar voltado para a formação dos jovens, independente de sua escolaridade futura. Segundo os PCNs:

6. Novas escolhas de temas, ênfase e de seleção dos conteúdos; Identificar competências que caracterizem o saber da Física e concentrar no seu desenvolvimento; Introduzir conteúdos básicos através de assuntos e problemas concretos; Como fazer isto? Através dos temas estruturadores – temas de trabalho que articulam conhecimentos e competências, adequados para a prática pedagógica da Física;

7. Sugerem uma estratégia para ação integrada: Estudar o mundo vivencial do aluno; Trabalhar a concepção de mundo do aluno; Trabalhar o sentido da experimentação; Buscar formas de expressão do saber da Física; Trabalhar a resolução de PROBLEMAS ; Mostrar a Física como cultura; Estudar a responsabilidade social.

8. Como modificar a forma de trabalhar sem comprometer uma construção sólida do conhecimento em Física? Até que ponto se deve desenvolver o formalismo da Física? Como transformar o antigo currículo? O que fazer com pêndulos, molas e planos inclinados? Que tipo de laboratório faz sentido? Que temas devem ser privilegiados? É possível “abrir mão” do tratamento de alguns tópicos como, por exemplo, a Cinemática? E a Astronomia, o que tratar? É preciso introduzir Física Moderna?

13. LHC – Por que usar um tema tão avançado ?

14. É atual; Os conceitos físicos envolvidos são amplos; As aplicações da Física podem ser mostradas no cotidiano do aluno; Facilita a introdução de conteúdos de FMC; Possibilita uma nova abordagem ao Ensino de Física – a abordagem CTS.

16. Surge nas décadas de 60/70 como resposta da população ao uso irrestrito da C e T; Busca compreender a C e T como um processo social; Questiona o modelo linear de desenvolvimento.

17. CTS tem por finalidade promover a alfabetização científica e tecnológica mostrando a ciência e a tecnologia como atividades humanas de grande importância social; É parte da cultura geral nas sociedades democráticas modernas; Trata de estimular os jovens para os estudos da ciência e da tecnologia, associados ao juízo crítico à análise reflexiva das suas interferências na sociedade.

20. Tema Gerador Prática Educativa Paulo Freire Tema Gerador

22. Proposta: O LHC como tema estruturador

23. O Grande Colisor de Hádrons (LHC), o maior acelerador de partículas; Localizado na fronteira entre França e Suíça; Trabalharam cerca de 5.000 físicos; A partir de 1996, a CERN iniciou a construção a uma profundidade de 100 m; Um anel de 27 km de circunferência; Esfriado durante dois anos até chegar a menos 271,3 graus centígrados, ou seja, 1,9º C a mais que o zero absoluto.

25. Colisor de partículas

27. animação da colisão AA no RHIC

35. Uma produção de uma infinidade de partículas “elementares”: neutrons, protons, antiprotons, eletrons, positrons , pions, kaons, fótons, etc...

36. Ao redor do anel foram instalados quatro grandes detectores ; em cujo núcleo serão produzidas grandes colisões de prótons (partículas da família dos hádrons). O LHC atingirá 99,999% da velocidade da luz, de cerca de 300.000 km por segundo.

37. Em potência máxima, 600 milhões de colisões por segundo gerarão o surgimento de partículas, algumas das quais nunca foram observadas; O chamado Bóson de Higgs (particula de Deus), uma partícula elementar que dotaria outras partículas de uma massa. Sua ausência sacudiria a física teórica. Bóson de Higgs é uma partícula elementar escalar maciça hipotética predita para validar o modelo padrão atual de partícula. É a única partícula do modelo padrão que ainda não foi observada, mas representa a chave para explicar a origem da massa das outras partículas elementares

38. Em 19 de setembro de 2008 , ocorreu um incidente no setor 3-4 do LHC que resultou em grande vazamento de hélio no túnel. Segundo um press release publicado pelo CERN no dia seguinte, foram feitas investigações preliminares que apontaram como provável causa do problema um defeito na ligação elétrica entre dois ímãs , o que causou a falha mecânica; A Organização informou na nota que o setor teria de ser objeto de reparos, o que interromperia o funcionamento do LHC por, no mínimo, dois meses. Os reparos demorariam apenas alguns dias, mas o setor onde ocorreu o incidente deve ser aquecido para tornar possível a manutenção, consequentemente levando mais tempo;

39. Física de partículas Relatividade Astrofísica e Cosmologia Mecânica Quântica Supercondutividade O quê? Só Física Moderna !?!?

40. Física Básica – dinâmica, colisões, leis de conservação, eletromagnetismo, fluidos, eletrônica básica, termodinâmica Proposta trabalhada junto aos estudantes da disciplina de Atividades de Ensino de Física III, do 4o. Ano do Curso de Licenciatura em Física da FURG

41. Unidade I O Eletromagnetismo no LHC Responsáveis: Grasiele Ruiz Silva e Rúbia da Costa Santana

42. Elétrons, prótons e nêutrons; Tensão; Potencial e ddp; Campo elétrico; Campo magnético; Supercondutores; Tubo de raios catódicos .

43. Inicialmente, será perguntado aos alunos o que eles ouviram/sabem sobre o LHC, a partir das falas será feita uma apresentação na qual terá várias informações sobre o colisor. Na tentativa de chamar o máximo de atenção sobre o assunto, será mostrado um vídeo sobre o LHC denominado “Large Hadron Rap” onde alguns pesquisadores falam do colisor, mas em forma de rap. A partir disso será trabalhado o assunto Eletromagnetismo tentando entender o funcionamento do LHC. Após explicar o que é, e para que serve, perguntar se eles conhecem algum outro acelerador de partículas, se é possível ter um em casa. Falar então sobre as televisões de tubos de raios catódicos, diferenciando-as das de LCD e plasma, explicar seu funcionamento relacionando com o LHC e explorando a Física contida nestes, enfatizando as relações com o eletromagnetismo.

44. Unidade II Dinâmica de colisões Responsáveis: Thiago da Silva Prestes e Rafael Palota da Silva

45. Conteúdos referentes à dinâmica das colisões, no domínio da mecânica clássica e da relatividade restrita, permeando alguns conceitos elementares do magnetismo. Transferência e conservação de energia; Transferência e conservação de momento linear; Leis de Newton; Transformações de Lorentz; Conceito de campo magnético e sua utilização no LHC.

46. As aulas serão ministradas parte expositiva e parte em forma de oficina. Da parte expositiva, serão apresentados informativos diversos sobre o LHC e seus experimentos. Da oficina, será construído um protótipo do experimento chamado de Canhão de Gauss, e, através desse experimento, será investigada a física por traz do fenômeno observado. Em seguida será feita a associação do experimento montado em aula com o LHC. Os conteúdos de física serão apresentados formalmente ao longo das atividades propostas.

47. Unidade III Termodinâmica no LHC Responsável: Anahy Arriche Fazio

48. Supercondutores (trens que levitam, aparelhos de ressonância); Astronomia (temperatura de estrelas); Atomismo (estrutura atômica dos materiais); Composição Química dos elementos (gases criogênicos); Termologia (criogenia, escalas termométricas, calor); Termodinâmica (vazamento de hélio líquido e sistemas)

49. A exposição em Power Point é o melhor recurso para esta unidade de aprendizagem, pois desta maneira dá a unidade um caráter mais informativo e ainda assim didático. A maioria das reportagens são online, porém o professor pode procurar revistas sobre tecnologia que tragam assuntos relacionados ao LHC, super-ímâs, astronomia e astronáutica e levá-las para sala de aula para que o aluno as use como material complementar. As reportagens devem servir como alavanca para a Termologia que será exemplificada a partir dos supercondutores. Caso o senso especulativo dos alunos seja estimulado ainda podemos usar a sala de informática e orientá-los com o uso de applets. Exemplo: LHC Project Simulator http://www.particledetectives.net/LHC/LHC_project.html

50. Unidade IV Relatividade Restrita e Física de Partículas Responsáveis: Kauê Bandeira Rodrigues e César Eduardo Krumreich

51. Relatividade Restrita Transformadas de Lorentz Contração do espaço Dilatação do tempo Relação entre a massa e energia Momento relativístico Física de Partículas Quarks (resultado da colisão dos prótons) O modelo Padrão da Física de Partículas Em busca da Partícula de Deus: Bóson de Higgs

52. Realizar uma exposição dialogada onde serão introduzidas as idéias-chave para o entendimento da RR e da FP; Estabelecer uma conversa informal, onde o aluno se sinta à vontade para expor suas dúvidas; Apresentar applets e vídeos do www.youtube.com; Apresentar/construir os conceitos de física de partículas. Esclarecer dúvidas sobre o assunto.

53. A partir da Universidade: Um curso para secundaristas, apresentando conceitos físicos a partir da tecnologia disponível no cotidiano dos alunos; Preparação de material para professores de Ensino Médio, para complementar o conteúdo disponibilizado (nem sempre da forma mais correta) pelos livros didáticos; Apresentação de oficinas para professores e estudantes dentro das escolas, com o enfoque CTS.

54. Dentro da escola: Interação com os alunos via temas estruturadores, deixando espaço para o conhecimento ser construído, ao invés de ser apresentado; Utilização de recursos didáticos auxiliares, porém presentes no cotidiano, como pesquisas na internet (How Stuff Works) e livros paradidáticos (divulgação científica); Estudos de campo - mesmo que sejam mais difíceis, deixar os alunos coletarem dados e discutirem sua utilização e generalização.

55. Ou próximos passos...

56. Uma nova forma de ensinar – longe do livro didático; Uma maneira de apresentar FMC linearmente com a Física Básica; Trabalhar com um tema atual explorando suas potencialidades; Temas estruturadores podem ser mais explorados por tópicos avançados de Física: Supercondutividade; Raios Cósmicos; Física Aplicada – radiologia, eletrônica, informática Informação e Mídia Podemos envolver físicos pesquisadores com o ensino, bem como licenciandos com a pesquisa em física básica; Grande potencial de aplicação !!!!

57. Utilização da proposta: Jornada Pedagógica do “Lições do Rio Grande” Curso de extensão para secundaristas Acompanhamento da proposta em blog (ainda em construção)

58. Obrigado !!!!